管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)應(yīng)用中,為建立有效的缺陷識(shí)別技術(shù),需要通過(guò)分析回波信號(hào)深入理解導(dǎo)波與管道缺陷相互作用過(guò)程中缺陷對(duì)導(dǎo)波信號(hào)的影響,進(jìn)而形成可表征缺陷不同特征的方法。超聲導(dǎo)波的模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程及轉(zhuǎn)換模態(tài)提供了大量缺陷信息,而合理使用多個(gè)超聲導(dǎo)波模態(tài)進(jìn)行管道缺陷分析可改善檢測(cè)和評(píng)估的效果。軸對(duì)稱縱向L(0,2)模態(tài)超聲導(dǎo)波被大量應(yīng)用于管道缺陷的檢測(cè)與評(píng)估,L(0,2)模態(tài)導(dǎo)波系統(tǒng)中往往同時(shí)激發(fā)出低階縱向L(0,1)模態(tài)。針對(duì)以上情況,本文研究了這兩種縱向模態(tài)與缺陷交互過(guò)程中對(duì)稱模態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程,并提取各模態(tài)成分,進(jìn)一步分析了轉(zhuǎn)換模態(tài)隨缺陷參數(shù)變化的規(guī)律。研究結(jié)果可為利用模態(tài)轉(zhuǎn)換信息實(shí)現(xiàn)缺陷的檢測(cè)評(píng)估建立理論基礎(chǔ)。 

【文章來(lái)源】：儀器儀表學(xué)報(bào). 2020年09期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

超聲導(dǎo)波與管道缺陷的交互過(guò)程

以徑向深度3 mm,軸向長(zhǎng)度10 mm,周向?qū)挾?20°的槽形管道缺陷為例,缺陷位于管道中部(管道各項(xiàng)參數(shù)如前所述)。施加縱向?qū)Р?lì)后的并聯(lián)接收典型信號(hào)如圖8所示,缺陷回波由3組波包組成,根據(jù)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(jié)合2.1節(jié)的模態(tài)時(shí)序分析結(jié)果可確定3組波包分別對(duì)應(yīng)L(0,2)模態(tài),縱向轉(zhuǎn)換模態(tài)和L(0,1)模態(tài)。3組波包均是由導(dǎo)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(shí)域特性也符合對(duì)應(yīng)模態(tài)的頻散特征及波結(jié)構(gòu)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(shí)域L(0,2)模態(tài)和L(0,1)模態(tài)完全分離。縱向轉(zhuǎn)換模態(tài)的形成涉及到L(0,1)和L(0,2)模態(tài),其總時(shí)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(shí)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(shí)域可直接被分離。為了進(jìn)一步研究激勵(lì)L(0,1)和L(0,2)模態(tài)分別形成的轉(zhuǎn)換模態(tài),采用基于波結(jié)構(gòu)的理論分析方法對(duì)這兩個(gè)轉(zhuǎn)換模態(tài)分量進(jìn)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(shí)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(diǎn),即管道徑向位置(沿管壁厚度方向距離管道截面中心點(diǎn)的距離)約15 mm處的軸向位移量為0。根據(jù)圖9所示L(0,1)模態(tài)零位移點(diǎn)的特點(diǎn),則徑向位置15 mm左右處的轉(zhuǎn)換模態(tài)回波僅包含L(0,2)模態(tài)分量。進(jìn)一步利用L(0,2)模態(tài)沿壁厚方向的軸向波結(jié)構(gòu)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(hào),最后可從疊加形成的總縱向轉(zhuǎn)換模態(tài)信號(hào)中提取出L(0,1)模態(tài)分量。采用數(shù)值計(jì)算的方式可獲得導(dǎo)波在接收端處管道徑向各個(gè)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(gè)回波實(shí)例,圖10(b)為各個(gè)回波信號(hào)中縱向轉(zhuǎn)換模態(tài)的部分。根據(jù)上述方法得到的各轉(zhuǎn)換模態(tài)如圖11所示。在本文討論的情況中,兩種轉(zhuǎn)換模態(tài)信號(hào)實(shí)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(zhuǎn)換形成的轉(zhuǎn)換模態(tài)分量L(0,1)的能量大于L(0,1)模態(tài)轉(zhuǎn)換形成的轉(zhuǎn)換模態(tài)分量L(0,2)的能量。

本文研究的鋼管對(duì)象及缺陷形式如圖1所示,其中管道長(zhǎng)度為2 m,內(nèi)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(zhǎng)度為10 mm,周向?qū)挾群蛷较蛏疃茸兓�。鋼管的基本材料特性參�?shù)見(jiàn)表1,該材料也是常見(jiàn)鋼材的一種類型。表1 鋼管的材料特性參數(shù)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(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：2943155