管道中面积型缺陷超声导波检测技术运用研究

根据导波产生的原理,研究分析超声导波对金属管道面积型缺陷的检测,实验结果与其他常规无损检测手段相互印证,得出当前超声导波检测技术具有较高的准确性和高效性,最后指出了导波检测运用于管道中的弊端,对导波检测技术的发展有一定的指导作用。     

有机热载体炉积碳层中超声导波的检测试验研究

阐述模拟积碳层检测的试验装置,研究不同探头间距、不同周期和有无积碳层炉管对超声导波信号的影响。研究结果表明:频率为500 kHz时的L(0,2)模态导波在双层管道中的最佳探头检测间距为35~40 cm,最佳检测周期为5周期;当探头间距为40 cm、检测周期为5周期时,频率为500 kHz激励出的L(0,2)模态在厚度为3 mm的积碳管中的群速度比在空管中的群速度减少7.59%,从模拟试验中验证了可利用超声导波群速度检测积碳层厚度。该研究结果为基于超声导波的有机热载体炉积碳检测研究提供了依据。     

多模态超声导波管道检测技术的研究

目前管道检测技术尚难实现大面积、长距离和复杂状态管道的早期裂纹快速检测。而多模态超声导波管道检测技术,利用超声导波,基于小波分析、遗传算法和随机理论,研究激励的方法、信号的采集、分析和管道状态判别的理论和技术,可以实现这一目标。     

自由锚杆中超声导波的衰减特征

为了研究自由锚杆中超声导波的衰减规律,分别制作了长度为800mm、900mm、1100mm、1300mm、1500mm、1800衄、2000mm和2500mm的锚杆。采用虚拟综合测试仪、声发射放大系统、R6et直传感探头和计算机,组装了超声导波无损检测系统。利用该系统分别对制作的锚杆进行了系统的导波测试。结果表明：自由锚杆中超声导波振幅呈负指数分布;不同频率的激发导波在测试频率段内（40-100kHz）波包平均振幅的振幅比均在0．7左右,表明频率对导波衰减的影响不大;不同长度锚杆中波包平均振幅的振幅比也在0．7左右,表明锚杆长度对导波衰减的影响也不大;自由锚杆中导波的衰减,除与材料性质有关外,主要来自于设备本身的系统衰减。研究发现,导波振幅比比振幅绝对值更加稳定、可靠,可用来定量地表示导波振幅的衰减情况。     

层状管道结构频散曲线绘制及试验验证

目的推导层状管道结构中超声导波的频散方程,利用频散方程绘制其频散曲线,并通过试验来验证频散曲线的正确性.方法基于Navier波动方程并根据边界条件建立了层状管道结构的频散方程.从理论上分析了层状管道结构中三种模态超声导波的传播特性.根据推导出超声导波的频散方程,通过数值方法绘制出了超声导波在层状管道结构中的频散曲线.对超声导波的频散曲线和位移特点进行了分析,并选出适合激励的超声导波频率.构建与数值计算层状管道模型相同的试验系统并进行试验研究,利用试验验证了所建立的频散曲线的正确性.完成了层状管道结构纵向波动试验,激励频率在1~9 k Hz,对试验结果与理论值进行对比和误差分析.结果L(0,1)在管道结构中传播速度与理论值最大误差值为1.5%,可以发现两者相似度较高.结论笔者所绘制的频散曲线能够较为理想的反映出超声导波在层状管道中传播的真实情况,这对实际检测中激发信号的频率和模态的选择具有重要意义.     

压力管道超声导波检测技术应用研究

介绍了超声导波检测技术的工作原理,通过比较实验室模拟管道和现场压力管道的检测结果,提出实际检测中需重点解决的技术问题。     

超声导波在管道缺陷成像中的发展与挑战

回顾了超声导波在管道缺陷检测中的发展历程,阐述了管道导波的传播模态,调研了管道缺陷成像技术的研究现状.对超声导波在管道缺陷成像的应用展开了评述,介绍了相控阵成像法、时间反转法、层析成像法、偏移成像法、延迟叠加法,并比较了各种方法的特点与适用范围.最后总结了当前超声导波在管道缺陷成像中面临的机遇与挑战.     

管道导波检测探头背衬层参数和频率特性的实验研究

通过对不同材料参数配比制作的导波探头背衬层进行试验,研究超声导波在一定的频率范围内焊缝第一次反射回波系数和端面反射系数及频率的关系。分析不同配比背衬层对信号的影响,确定激励导波的最佳频率范围。试验表明:随着碳化硅比例的增加,PZT传感器的相对灵敏度降低;碳化硅的比例降低时,传感器接收到的杂波幅值增大,信噪比降低;不同配比参数的背衬层都存在一个最佳检测频率段,即随着碳化硅比例的增大,缺陷的最佳检测频率段先增大后减小。     

土壤对管道纵模导波传播特性的影响

针对超声导波技术在不同地理环境下埋地管道的缺陷检测问题,对埋地管道中纵向模态的频散和衰减特性进行了分析。建立了埋地管道的三维有限元模型,分析了激励频率和土壤类型对纵模导波传播的影响。在埋地管道中粘贴压电陶瓷片激励和接收L(0,2)模态。研究结果表明:随着激励频率增加,L(0,2)模态能量衰减也逐渐增大,而在激励频率为40 k Hz时,弹性模量较小的硬黏土对纵模导波的衰减相对较小,表明采用低频纵向模态超声导波对较低弹性模量土壤覆盖的管道检测效果较好,可有效提高导波在该类埋地管道中的检测距离。     

土壤对管道纵模导波传播特性的影响

针对超声导波技术在不同地理环境下埋地管道的缺陷检测问题,对埋地管道中纵向模态的频散和衰减特性进行了分析。建立了埋地管道的三维有限元模型,分析了激励频率和土壤类型对纵模导波传播的影响。在埋地管道中粘贴压电陶瓷片激励和接收L(0,2)模态。研究结果表明:随着激励频率增加,L(0,2)模态能量衰减也逐渐增大,而在激励频率为40kHz时,弹性模量较小的硬黏土对纵模导波的衰减相对较小,表明采用低频纵向模态超声导波对较低弹性模量土壤覆盖的管道检测效果较好,可有效提高导波在该类埋地管道中的检测距离。     

导波模态类型对锚固锚杆无损检测的影响

纵向模态、扭转模态和弯曲模态超声导波在锚固锚杆结构中衰减的差异性巨大,研究这3种模态超声导波的传播规律对无损检测中测试波的选择具有重要指导意义.应用全局矩阵法的理论计算方法和数值模拟方法分别对这3种模态导波的频散规律和传播规律进行研究,两种方法的研究结果吻合较好.研究结果表明,纵向模态在高频范围内存在衰减为20~44 dB/m的超声导波;扭转模态的所有导波衰减都大于180 dB/m;弯曲模态的导波衰减也大于50 dB/m.因此,纵向模态高频范围的超声导波由于衰减小、易激发等优点可以作为无损检测中的首选测试波.      

基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像检测

超声水平剪切(shear horizontal,SH)导波成像检测旨在解决平板检测中检测距离增加时分辨力降低的问题。该文运用合成孔径聚焦原理,构建了16通道超声SH导波成像检测实验系统,通过分析阵列信号时频域特征揭示了声波与缺陷间相互作用的规律,对SH导波合成孔径聚焦成像算法进行了讨论,阐明了导波阵列信号时空域信息合成在聚焦成像中的应用。研究结果表明:合成孔径聚焦可用于超声SH导波成像检测,所成图像能够表征钢板中检测距离2 m以上、尺寸当量大于5 mm的缺陷信息,为深入开展工业在役大尺度结构板材的缺陷成像检测和结构健康监测提供了基础。     

焊缝特征导波模态的分析与应用

为满足焊缝快速高效无损检测需要,并提高超声导波对焊缝缺陷的灵敏度,研究高频下的焊缝导波模态尤为重要。基于COMSOL软件建立了二维对接焊缝半解析有限元模型,通过数值模拟与分析发现,频率大于300 kHz时焊缝中SH_(w1)模态几乎无频散、泄露小,适合于长距离快速焊缝检测。通过试验验证了SH_(w1)模态导波在对接焊缝中的传播特性,确定了最佳激励频率范围为320~360 kHz;并对焊缝中直径为3 mm的预置孔洞缺陷实现了检测,定位精度高于2.5%。     

超声导波在焊缝缺陷检测中的发展与挑战

简要回顾了超声导波技术的发展历程,调研了导波在焊缝缺陷检测中的研究现状。从导波与焊缝的交互作用、导波与缺陷的交互作用两个角度出发,分析了板状结构焊缝缺陷检测的发展与应用。结合导波纵向模态、扭转模态、结构特点,阐述了管道焊缝缺陷检测技术的进展。最后总结了当前导波技术在焊缝缺陷检测中面临的机遇与挑战。     

锚杆中纵向超声导波传播特性数值模拟研究

针对导波在锚杆检测中的应用,分析了纵向导波在锚杆中的传播特性,利用Matlab求解了纵向导波传播的频散方程,用有限元数值方法模拟了不同频率的L(0,1)模态导波在锚杆中的传播特性,并对其杆顶响应信号进行了分析。通过理论和数值模拟分析对比验证了数值模拟方法的可行性,对于工程中应用导波对锚杆进行检测时,应选择适当频率的导波,并结合各频率导波在锚杆中的传播特性才能得到可靠的结果,进而对锚杆顶端对称与非对称激励震源在锚杆顶端产生的响应进行了分析。     

基于导波模态分析的高强钢丝腐蚀评估

为提高桥梁缆索损伤声发射监测的精度和可靠度,将小波变换的用于导波模态分析,提出了基于导波模态特征的高强钢丝腐蚀评估方法。通过有限元方法模拟多模态导波在索内单根高强钢丝中的传播过程,采用小波变换对节点振动加速度信号进行模态分析,并与柱波导理论时频曲线对比。通过在不同腐蚀程度高强钢丝上进行导波传播实验,分析了腐蚀损伤对导波模态特征的影响,并根据导波模态的频率分布特征构建评估指标,进行腐蚀评估。结果表明：有限元节点不同方向振动所包含的模态存在差异,数值计算结果与理论值吻合较好。高阶纵向导波频率更高,能量衰减更快,波形在反射过程中迅速消失。随腐蚀程度增加,高频高阶导波衰减严重,导波模态逐渐向低频低阶转移。基于导波模态特征的评估指标随腐蚀程度的增加单调上升,理想情况下,腐蚀率在7.6%以内的高强钢丝腐蚀损伤均可被有效识别。可见小波变换能够有效提取导波模态特征,基于导波模态特征构建评估指标可有效识别腐蚀损伤。     

超声导波定量评价长骨骨折状况

采用超声导波评价长骨骨折已成为近年来的研究热点之一,为了定量地评价长骨骨折状况,本文采用二维时域有限差分仿真方法定量分析了超声导波在部分断裂和完全断裂的长骨中的传播情况.结果表明,采用低频窄带高斯包络正弦信号可成功激励出两个低阶导波模式S0和A0,其中A0模式对长骨骨折状况较为敏感.S0和A0模式幅度的比值S0/A0被用于评价长骨骨折程度,S0/A0随裂纹宽度、裂纹深度的增加显著上升.因此超声导波模式转换现象可用于定量表征骨折长骨的裂纹深度和裂纹宽度的变化,对长骨骨折愈合的监测也具有一定意义.     

矩阵理论在黏接结构界面脱黏超声检测方法中的应用

黏接结构界面脱黏的超声检测与评价是一个有难度的前沿性课题。基于传递矩阵方法并将脱黏界面层假定为流体薄层,推导了体波入射下具有流-固（气-固和液-固）耦合界面的脱黏结构中声反射与透射系数表达式。将该方法应用于两层结构并与已有结果对比验证了所推公式的正确性。研究了声波入射角度、频率的变化对具有刚性联接界面的黏接结构和具有流-固耦合界面的脱黏结构中体波传播特性的影响。结果表明,体波在多层结构中的传播模式主要依赖于入射角度、频率等参数。若声波的入射角度和频率取值适当,可以将刚性联接、气-固以及液-固耦合界面进行区分。