由于圓弧型檢測面的曲率半徑對斜入射SV波EMAT輻射聲場的影響規(guī)律尚不清楚,導致厚壁管道線聚焦斜入射SV波EMAT的缺陷檢測能力、缺陷定量/定位精度出現(xiàn)偏差。建立了基于平面/凸面檢測面的線聚焦斜入射SV波EMAT的輻射聲場有限元模型,研究了凸面檢測面的曲率半徑、EMAT曲折線圈匝數(shù)、設計初始角等因素對輻射聲場的主瓣峰值和主瓣寬度的影響規(guī)律,并與平面檢測面進行了對比。結果表明,與平面檢測面相比,凸面檢測面起到聚焦超聲波的作用,具體表現(xiàn)在聚焦側主瓣峰值增加22.76%,主瓣寬度減小10.56%。在曲折線圈匝數(shù)超過28匝后,線圈匝數(shù)的增加對主瓣峰值加強作用有限;當曲率半徑為1.485×10^-1 m,線圈設計初始角為10°,曲折線圈匝數(shù)由10匝增加至28匝時,線聚焦SV波主瓣峰值增加102.56%,主瓣寬度減小57.99%。

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圖2 線聚焦斜入射SV波EMAT線圈設計原理

式中:Cs為SV波波速;xi為第i個線圈x坐標;初始角θ為聚焦點與圓心連線和z軸夾角;li為第i個線圈和第i+1個線圈的間距。線源產生的SV波位移μθ(r,θs)垂直于SV波的傳播方向,其具體數(shù)值描述如下[20]。

圖3 單匝導線激發(fā)SV波幅值

式中:C是常數(shù);θs為SV波傳播方向;ks為SV波波數(shù);λ和μ為蘭姆常數(shù),在此分別取58、26GPa。SV波幅值與入射角度之間的關系如圖3所示。由圖3可知,入射角度為30°時振幅達到峰值,超過30°時幅值急劇下降,并在趨于45°時減為0°。這是因為,在入射角度為30°時,線圈中....

圖4 LF-EMAT相鄰導線間距

SV波幅值與入射角度之間的關系如圖3所示。由圖3可知,入射角度為30°時振幅達到峰值,超過30°時幅值急劇下降,并在趨于45°時減為0°。這是因為,在入射角度為30°時,線圈中大部分能量用來產生橫波,SV波信號最強。為保證最佳聚焦效果,本文選用19.5°～46.5°的入射角范圍下....

圖5 凸面線聚焦斜入射SV波有限元模型

式中:k代表線圈每匝導線的序號;ω=2πf為中心頻率;n表示正弦脈沖串個數(shù)。激勵頻率為2MHz,采用自由三角形網格,當最大網格不大于λ/10,有限元結果收斂,仿真結果準確可靠[21],因此網格最大單元尺寸設置為3.2×10-4m。

本文編號：4022298