發(fā)布時間：2020-12-28 04:51

　　管道超聲導波檢測應用中,為建立有效的缺陷識別技術,需要通過分析回波信號深入理解導波與管道缺陷相互作用過程中缺陷對導波信號的影響,進而形成可表征缺陷不同特征的方法。超聲導波的模態(tài)轉換過程及轉換模態(tài)提供了大量缺陷信息,而合理使用多個超聲導波模態(tài)進行管道缺陷分析可改善檢測和評估的效果。軸對稱縱向L(0,2)模態(tài)超聲導波被大量應用于管道缺陷的檢測與評估,L(0,2)模態(tài)導波系統(tǒng)中往往同時激發(fā)出低階縱向L(0,1)模態(tài)。針對以上情況,本文研究了這兩種縱向模態(tài)與缺陷交互過程中對稱模態(tài)的轉換過程,并提取各模態(tài)成分,進一步分析了轉換模態(tài)隨缺陷參數變化的規(guī)律。研究結果可為利用模態(tài)轉換信息實現缺陷的檢測評估建立理論基礎。 

【文章來源】：儀器儀表學報. 2020年09期 北大核心

【文章頁數】：10 頁

【部分圖文】：

超聲導波與管道缺陷的交互過程

以徑向深度3 mm,軸向長度10 mm,周向寬度120°的槽形管道缺陷為例,缺陷位于管道中部(管道各項參數如前所述)。施加縱向導波激勵后的并聯(lián)接收典型信號如圖8所示,缺陷回波由3組波包組成,根據管道的頻散曲線取得的L(0,1)和L(0,2)模態(tài)的理論波速,結合2.1節(jié)的模態(tài)時序分析結果可確定3組波包分別對應L(0,2)模態(tài),縱向轉換模態(tài)和L(0,1)模態(tài)。3組波包均是由導波在缺陷前后邊界交互形成的回波分量疊加而成,波包的時域特性也符合對應模態(tài)的頻散特征及波結構特征。由于L(0,2)模態(tài)波速快,L(0,1)模態(tài)波速慢,兩者相差較大,故在時域L(0,2)模態(tài)和L(0,1)模態(tài)完全分離�？v向轉換模態(tài)的形成涉及到L(0,1)和L(0,2)模態(tài),其總時程(t′L(0,2)+t′L(0,1))介于L(0,2)模態(tài)和L(0,1)模態(tài)分別傳播相同距離所需時間(tL(0,2)和tL(0,1))之間(即tL(0,2)<t′L(0,2)+t′L(0,1)<tL(0,1)),故3組波包在時域可直接被分離。為了進一步研究激勵L(0,1)和L(0,2)模態(tài)分別形成的轉換模態(tài),采用基于波結構的理論分析方法對這兩個轉換模態(tài)分量進行提取,此方法的基本思想如下。圖9給出了所研究管道在工作頻率為175 kHz時L(0,1)模態(tài)和L(0,2)模態(tài)的軸向位移分布曲線。其中L(0,1)模態(tài)的軸向位移存在零位移點,即管道徑向位置(沿管壁厚度方向距離管道截面中心點的距離)約15 mm處的軸向位移量為0。根據圖9所示L(0,1)模態(tài)零位移點的特點,則徑向位置15 mm左右處的轉換模態(tài)回波僅包含L(0,2)模態(tài)分量。進一步利用L(0,2)模態(tài)沿壁厚方向的軸向波結構曲線可得到管道外表面,即徑向位置17 mm處的L(0,2)模態(tài)分量,以此為參考信號,最后可從疊加形成的總縱向轉換模態(tài)信號中提取出L(0,1)模態(tài)分量。采用數值計算的方式可獲得導波在接收端處管道徑向各個位置的回波信息,圖10(a)給出了徑向位置為17 mm,16 mm,15 mm,14 mm,13 mm的5個回波實例,圖10(b)為各個回波信號中縱向轉換模態(tài)的部分。根據上述方法得到的各轉換模態(tài)如圖11所示。在本文討論的情況中,兩種轉換模態(tài)信號實際傳播距離為1 m,從圖11也可看出主模態(tài)L(0,2)模態(tài)轉換形成的轉換模態(tài)分量L(0,1)的能量大于L(0,1)模態(tài)轉換形成的轉換模態(tài)分量L(0,2)的能量。

本文研究的鋼管對象及缺陷形式如圖1所示,其中管道長度為2 m,內外直徑分別為26 mm和34 mm,槽型缺陷位于距離管道端部1 m位置處。缺陷軸向長度為10 mm,周向寬度和徑向深度變化。鋼管的基本材料特性參數見表1,該材料也是常見鋼材的一種類型。表1 鋼管的材料特性參數Table 1 Parameters of material property for steel pipe model 密度/(kg/m3) 彈性模量/GPa 泊松比 7 850 200 0.3

【參考文獻】：
期刊論文
[1]管道點蝕檢測的導波仿真優(yōu)化研究[J]. 王曉娟,秦晨,劉君.  儀器儀表學報. 2019(01)
[2]管道彎頭對低頻縱向導波傳播特性影響分析[J]. 伍文君,王悅民,陳樂,耿海泉.  聲學學報. 2017(01)
[3]超聲導波檢測技術的發(fā)展、應用與挑戰(zhàn)[J]. 何存富,鄭明方,呂炎,鄧鵬,趙華民,劉秀成,宋國榮,劉增華,焦敬品,吳斌.  儀器儀表學報. 2016(08)
[4]管道損傷處縱向導波模態(tài)轉換對損傷識別的影響[J]. 陳穎璞,趙明,馬書義,武湛君,吳會強,馬云龍.  工程力學. 2016(06)
[5]基于導波的彎管裂紋缺陷的檢測[J]. 周邵萍,張蒲根,呂文超,郝占峰.  機械工程學報. 2015(06)
[6]蘭姆波在裂紋處的模態(tài)轉換及散射特性研究[J]. 鄭陽,周進節(jié).  工程力學. 2014(06)
[7]圖解法求解Lamb波頻散方程[J]. 許西寧,余祖俊,朱力強.  電子測量與儀器學報. 2012(11)



本文編號：2943155