充粘液管材中超声纵向轴对称导波的频散特性分析

模拟分析充粘液管内径-壁厚比和超声纵向轴对称导波波包宽度的关系。考虑了衰减的情况下,在各传播距离、频厚积和激发脉冲周数上,采用脉冲回波法,分析了导波的频散特性。结果表明:对于特定的材料,当频厚积一定时,充粘液管材中传播的导波特性只与内径-壁厚比有关;各高阶模式的截止频厚积随内径-壁厚比的增大而减小。用L(0,1)模式检测内径-壁厚比在4附近的充粘液管时灵敏度较低;而用L(0,2)模式检测内径-壁厚比在9.2附近的管时灵敏度较低。对于不同内径-壁厚比的充粘液管,检测中应当用不同的纵向轴对称导波模式,所用的激发脉冲周数和频厚积也应当不同。     

管道弯头对低频纵向导波传播特性影响分析

管道弯头显著改变了导波传播特性,影响了对检测信号的解读,研究弯头对导波传播特性的影响是实现复杂管道系统导波检测的基础。采用半解析有限元法计算弯管导波频散曲线,分析了弯管导波频散曲线所呈现的不同特征,并基于弯管导波频散曲线,以低频L(0,1)模态导波为研究对象,实验研究了低频L(0,1)模态导波通过管道弯头时的模态变换特征。研究结果发现,当L(0,1)模态导波通过管道弯头时,不仅会发生L(0,1)到F(1,1)的模态变换,还会模态变换出反向L(0,1)模态导波,即弯头反射现象,且随着激励频率的降低和弯头弯曲半径的减小,弯头反射现象愈发明显。研究结果将深化对弯管导波传播特性的认识,推动导波检测技术在复杂管道系统检测中的应用。      

带粘弹性包覆层充液管道中的超声导波纵向模态

理论分析和实验研究了超声导波纵向模态在带粘弹性包覆层充液管道中的传播特性。得到了纵向模态的频散曲线。以此确定了适合带粘弹性包覆层充液管道缺陷检测的一定频带的纵向模态。经分析认为,频散小,衰减低的频带0～50 kHz的L(0,1)模态和未受干扰的L(0,2)模态分支部分,如频带170～210 kHz的L(0,4)模态,适合检测外直径25 mm,壁厚1．2 mm,外壁涂覆0．35 mm厚环氧树脂的充水钢管中的缺陷。而频散和衰减大,能量主要在水或环氧树脂粘弹性层中传播的纵向模态则不适合检测该类管道中的缺陷。     

小波时-频变换的高强钢丝弹性波传播模态分析

超声导波是近年来桥梁拉索无损检测研究的重要方法之一。针对弹性波在高强钢丝介质中传播的多模态频散问题,采用单点时域波形的小波时频变换进行混叠信号的模态识别分离。通过数值求解Pochhammer频率超越方程,计算得到0~1.5 MHz范围内纵向导波模态理论频散曲线;采用有限元模拟半波正弦脉冲激励导波在钢丝中传播过程,由小波时-频变换得到导波模态分布,并进行了不同腐蚀程度钢丝实验对比分析。结果表明,经小波时-频变换得到的第1、2、3阶纵向导波模态与理论值对应吻合,单点时域波形的小波时-频变换结果能够有效识别高强钢丝中的导波模态;钢丝在无腐蚀状态下,一阶纵向导波模态能量占比达57.74%,随腐蚀程度增加,能量更为集中到一阶纵波模态,二阶模态能量逐渐减小。     

接触缺陷的振动调制超声导波检测技术研究

针对常规线性超声检测方法无法实现板结构接触类缺陷(如微裂纹、脱粘等)检测问题,将超声导波技术与振动声调制技术相结合,利用稀疏分布传感器发展了一种板结构中接触缺陷非线性超声检测方法。通过低频振动改变缺陷的接触状况,使得通过接触面的高频导波信号的相位和幅值受到调制。对受低频振动调制的超声导波二维时间序列进行时频分析,由于接触类缺陷的存在,在振动调制超声导波序列的时频分布上出现明显的低频振动频率分量。利用提取出的低频振动频率下的超声导波信号,进行了结构接触缺陷成像处理。检测试验表明,基于振动声调制的超声导波缺陷成像方法可以实现结构中的接触类缺陷检测。      

无限液体介质内管道轴对称纵向导波激发与传播特性研究

利用声-结构耦合有限元法,分别对轴对称分布径的向及轴向外力作用在无限液体介质内未充液及充液管道内壁所激发导波进行了模拟,并进一步利用短时傅里叶变换技术对瞬态波形作时频分析,在此基础上,结合色散及衰减曲线,探讨了外力分布特征对导波激发的影响。研究表明,无限液体介质内未充液管中L(0,2)模式及充液管中L(0,3)~L(0,4)模式皆具有高群速度、弱色散且弱衰减频带,适宜用于缺陷探测,而通过控制轴对称分布外力的频率,并令其沿轴向作用于管内壁或外壁,可实现上述导波模式的高效激发。      

沿均匀无限介质中固体杆传播的导波特性研究

针对均匀无限固体介质包围的无限长固体杆,研究了沿固体杆传播的导波的频散和激发特性。在理论分析的基础上,用二分法快速求取了导波所有模式的频散曲线,在4种介质参数下,对斯东利模式和简正模式进行了深入的分析和总结;研究了固体杆中导波的激发强度特性,分别在对称点源、轴向力源和径向力源激励下,研究了导波诸模式的激发机理及频谱特性,分析了不同频段导波的主导模式,研究了主导模式的频响特性及位移径向分布关系。      

液态金属快堆主管道中超声导波传播特性研究

讨论了钠冷快堆(Sodium-cooled Fast Reactor,SFR)主管道的整体温度和内部液态金属钠流动速度的变化对管道导波传播特性的影响。推导了充液管道中导波频散方程的一般形式,并给出了管道内液态金属钠处于流动状态下的导波频散方程。采用数值计算方法获得了管内液态金属钠处于不同温度和不同流速时的导波纵向模式频散曲线和导波时域波形。结果表明,温度变化对基阶纵向模式的影响较小,但对高阶纵向模式的影响较大;液态钠流速增大会使导波频散曲线向高频轻微移动,但在实际检测中可以忽路管内液体流动速度的影响。通过对时域接收波形的模拟计算,进一步考察了液态金属钠的温度及流动速度变化对导波传播的影响,并通过对比不同模态的激发特点和不同频段的导波时域波形特点,结合导波频散曲线,给出了适用于SFR管道超声无损检测的导波模态和声源激发频段选择方案。      

薄壁管道内壁缺陷的周向导波检测

采用半解析有限元法计算圆环周向导波频散特性,群速度的计算可以不依赖于相速度。以外径202 mm,内径200 mm的铝环为例,计算了其在2.5 MHz频率时最低阶模态的相速度、群速度和振型。进一步设计了实验方案,对选定模态导波分别经过无裂纹和径向深0.5 mm的内壁裂纹的铝环的回波波形进行了分析,通过回波的时间与声程计算群速度进而确定模态。结果表明,裂纹缺陷处会发生模式转换,通过反射回波可以较精确的定位铝环内壁的单一缺陷。      

固体火箭发动机多层结构壳体的导波频散特性分析

利用导波对固体火箭发动机的多层结构壳体进行检测是一种很有前景的无损检测方法。本文应用全局矩阵法,推导了多层结构壳体的导波频散方程,并分别针对固体火箭发动机4种不同层数的壳体导波频散曲线进行了求解,发现当结构层数和第一层厚度增加时,各模式曲线的间隔缩小,曲线数目增加,并有向零频方向靠拢的趋势。同时研究了粘接质量变化对频散特征的影响,随着胶层质量相对变差,频散曲线总体向低频漂移。