厚壁管道常被用于軍事裝備及其他流程工業(yè)中,長期使用后內(nèi)壁會產(chǎn)生較多微裂紋,成為影響構件安全運行的重大隱患。為此,該文針對厚壁管道內(nèi)壁裂紋難以檢測的問題,提出基于斜入射SH波的厚壁管道檢測方法,對厚壁管道內(nèi)壁不同深度的裂紋進行檢測。首先對斜入射SH波的激勵原理進行分析,建立聲場模型優(yōu)選激勵頻率,研究斜入射SH波與厚壁管道內(nèi)壁裂紋徑向深度的作用規(guī)律,并通過實驗對仿真結果進行驗證。研究結果表明,斜入射SH波對該型管道最佳檢測頻率為1 MHz;隨著裂紋徑向深度增加,缺陷回波幅值呈現(xiàn)曲折型上升;斜入射SH波可對厚壁管道內(nèi)壁軸向長8 mm、徑向深1 mm和周向?qū)? mm的微裂紋進行有效檢測,驗證了斜入射SH波厚壁管道內(nèi)壁裂紋檢測方法的科學性和可行性。 

【文章來源】：應用聲學. 2020,39(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

洛倫茲力斜入射SH波工作機理

斜入射SH波的檢測效果與激勵頻率密切相關，因此需要對斜入射SH波的聲場特性進行分析，選擇合適的激勵頻率。在COMSOL Multiphysics軟件中建立半徑100 mm、高10 mm的半圓柱體固體力學頻域模型，為了模擬斜入射SH波在厚壁管道中的傳播，在其圓心建立長40 mm的弧面區(qū)域，曲率與外徑205 mm厚壁管道相同，在弧面上與永磁體尺寸相同區(qū)域交替加載大小相同、方向相反的載荷，一方面可以模擬EMAT探頭在激勵斜入射SH波時產(chǎn)生的交替作用的洛倫茲力，另一方面可以降低仿真模型的運算量。永磁體寬度為3 mm，長度為8 mm，相鄰永磁體中心間距d取3.2 mm，仿真模型力學參數(shù)如表1所示，仿真模型如圖2所示。在斜入射SH波激勵有限元模型中，試樣中形成的斜入射SH波幅值受計算時間步長和網(wǎng)格尺寸的影響，當計算時間步長不大于1/(100×f)、最大網(wǎng)格大小不大于λ/10時，有限元結果收斂，仿真結果準確可靠[16]。因此計算時間步長取0.1μs，最大網(wǎng)格取0.6 mm，得到聲壓分布如圖3所示。

對較大半圓弧面進行積分得到徑向位移極值如圖4所示。由圖4可知，隨著激勵頻率增加，斜入射SH波主瓣束向性變好，徑向位移極值增加，并在頻率為1 MHz時達到極值。但隨著頻率繼續(xù)增加，主瓣徑向位移逐漸減小，旁瓣能量隨之增加，對主瓣能量進行干擾，影響檢測效果。因此，斜入射SH波的檢測頻率取1 MHz較為合適，此時主瓣能量最高，束向性較好，旁瓣能量適中，適宜對厚壁管道進行檢測。圖4 不同頻率徑向位移極值

【參考文獻】：
期刊論文
[1]非鐵磁性金屬材料螺旋線圈電磁超聲換能器接收效率場路耦合分析[J]. 石文澤,吳運新,龔海,張濤,譚良辰,韓雷.  中南大學學報(自然科學版). 2017(12)



本文編號：3235252