多层圆柱体锚固结构中超声导波频散特征的研究

超声导波无损检测技术因其高效和快捷的优点成为检测锚杆锚固质量的有效方法。但锚固锚杆结构中超声导波的多模态性、频散性与能量泄露导致完整的锚杆底端反射信号的获得具有不确定性。应用弹性动力学理论并采用全局矩阵法建立超声导波在多层圆柱体锚固结构中的频散方程的通用表达式,然后通过非线性外推法和二分法两步算法求解频散方程的精确解,解决了频散曲线的分类和相交等难题,获得了具有自主知识产权的求解多层圆柱体锚固结构频散曲线的程序。利用该程序计算了不同锚固锚杆结构的频散曲线,并与商用软件Disperse计算的结果吻合较好。同时用本程序计算了实验室有限锚固结构中的频散曲线,验证了低频导波在有限与无限结构中的巨大差异,而这一结构特征的频散特性Disperse并未给出相关算例。     

超声柱面导波技术及其应用研究进展

综述无损检测中的超声柱面导波技术及其应用研究进展。给出导波的频散及多模式特征,着重评述超声导波的模式和频率选择、导波的激励和接收方法、导波与缺陷的相互作用、信号处理与特征提取以及导波技术在无损检测中的应用前景。      

接地网圆钢杆中高频纵向超声导波无损检测方法研究

针对接地网圆钢杆腐蚀检测问题,本文进行了接地网圆钢杆高频纵向超声导波无损检测方法研究。首先对埋地环境下圆钢杆中纵向导波传播特性进行理论研究,分析了不同模态导波的群速度和衰减频散特性。研究发现,高阶纵向模态导波在衰减最小和群速度最大对应的频率处,在圆钢杆中传播能力强,是适合进行地埋圆钢杆导波检测试验的频率范围。在此基础上,进行了埋地圆钢杆高频纵向超声导波无损检测试验研究。结果发现,利用优选的检测参数可以很好地实现埋地圆钢杆中腐蚀缺陷检测。研究工作为接地网运行状态评价提供了很好的技术支撑。     

一种基于深度学习的超声导波缺陷重构方法

超声导波检测因其传播效率高、耗能少等优势成为了无损检测领域的重要研究方向。目前已有的利用超声导波进行结构缺陷探测和定量化重构的方法主要由相关的导波散射理论推导得出。然而,由于导波散射问题本身的高复杂性,使得在推导上述理论方法时引入一些近似假设,降低了重构结果的质量。另外,有些方法通过优化迭代的方式提高重构精度,又会增加检测的时间成本。有鉴于此,本文探索了一种将卷积神经网络与导波散射理论模型以局部融合的方式实现缺陷定量化重构的新方法。应用样本数据训练后的神经网络实现缺陷定量化重构,弥补缺陷重构过程中的理论模型误差,同时去除在实际检测过程中所存在的环境噪声。本文以利用SH导波重构平板中的减薄缺陷为研究对象,通过数值模拟验证了该方法在缺陷重构时具有高效率和高精度的特点,特别是对矩形缺陷的重构,新方法的结果精度比波数空间域变换法的精度提高了近200%。     

基于小波变换及Wigner-Ville变换方法的超声导波信号分析

对结构中缺陷的检测和识别是无损检测中的一项重要研究课题,超声导波由于可在短时间内检测很远距离,故它的一个重要应用便是管材的检测。因而对导波检测信号的处理成为一重要研究内容,本文利用时-频分析方法中的小波变换和Wigner-Ville变换对管道和抽油杆缺陷的导波检测信号进行了分析处理。实验结果表明,进行小波变换后,缺陷回波信号的信噪比大大提高,直径仅1mm的小孔缺陷可容易地被识别出来,准确检测出其位置;通过对信号进行Wigner-Ville的相关变换,可同时在时频两域内对缺陷的回波信号进行分析,使缺陷辨别起来简单易行。两种信号处理方法的超声导波应用研究为以后导波信号的处理提供了新的实现依据。     

钢轨轨底垂直振动模式导波检测技术的实验研究

现有铁路钢轨超声探伤车技术无法检测线路钢轨轨底缺陷,给铁路运输安全带来很大隐患.本文开展了钢轨轨底超声导波传播特性和垂直振动模式导波检测技术研究,采用半解析有限元方法分析了我国60型钢轨轨底的各振动模态导波频散曲线和波结构.应用模态锤技术对自由状态钢轨轨底垂直振动模态导波传播特性进行了实验测量,结果表明,在0～100kHz频率范围内,钢轨轨底垂直振动模态优势模式与厚度为14 mm板中的A0模式兰姆波具有等效性.进一步研究了激励频率、激励脉冲周数、传播距离对轨底垂直振动模态导波传播的影响,设计了导波斜探头,选择合适的参数在钢轨轨底激励出垂直振动模态导波并检测出了轨底的人工缺陷.本文的研究结果为线路钢轨轨底的导波检测技术奠定了一定的基础.     

固体声弹性理论、实验技术及应用研究进展

固体的声弹性对于固体的应力状态超声无损测量具有极其重要的作用.康奈尔大学的鲍亦兴教授曾经总结了1984年以前的固体声弹性理论、实验技术及工程应用方面的研究成果.系统总结了最近20多年来固体声弹性的基本理论、实验技术及其在材料科学、岩土工程等领域应力状态超声无损检测应用方面的研究进展.      

板中热弹波传播: 一种改进的勒让德多项式方法

近年来, 超声导波因其衰减小, 传播距离远和信号覆盖范围广, 成为无损检测领域快速发展的方向之一. 然而, 基于超声导波的高温在线检测和激光超声技术却发展缓慢, 其关键在于热弹耦合波动方程求解难度大、传播与衰减特性研究困难. 作为一种有效的求解方法, 勒让德正交多项式方法已广泛应用于导波传播问题, 但该方法在求解热弹导波传播时存在两个不足, 限制其进一步的发展和应用. 这两个缺陷是: (1)求解过程中大量积分的存在, 致使计算效率低下; (2)仅能处理等热边界条件的热弹导波传播. 针对两项不足之处, 提出一种改进的勒让德正交多项式方法, 以求解分数阶热弹板中的导波传播. 推导求解方法中积分的解析表达式, 以提高计算效率; 引入温度梯度展开式, 发展适合勒让德多项式级数的绝热边界条件处理方法. 与已有文献结果对比表明改进方法的正确性; 与已有方法的计算时间对比说明改进方法的高效性. 最后将改进的方法用于求解分数阶热弹板中的导波传播, 研究分数阶次对频散、衰减曲线和应力、位移、温度分布等的影响.      

THERMOELASTIC WAVE PROPAGATION IN PLATES: AN IMPROVED LEGENDRE POLYNOMIAL APPROACH 1)

近年来, 超声导波因其衰减小, 传播距离远和信号覆盖范围广, 成为无损检测领域快速发展的方向之一. 然而, 基于超声导波的高温在线检测和激光超声技术却发展缓慢, 其关键在于热弹耦合波动方程求解难度大、传播与衰减特性研究困难. 作为一种有效的求解方法, 勒让德正交多项式方法已广泛应用于导波传播问题, 但该方法在求解热弹导波传播时存在两个不足, 限制其进一步的发展和应用. 这两个缺陷是: (1)求解过程中大量积分的存在, 致使计算效率低下; (2)仅能处理等热边界条件的热弹导波传播. 针对两项不足之处, 提出一种改进的勒让德正交多项式方法, 以求解分数阶热弹板中的导波传播. 推导求解方法中积分的解析表达式, 以提高计算效率; 引入温度梯度展开式, 发展适合勒让德多项式级数的绝热边界条件处理方法. 与已有文献结果对比表明改进方法的正确性; 与已有方法的计算时间对比说明改进方法的高效性. 最后将改进的方法用于求解分数阶热弹板中的导波传播, 研究分数阶次对频散、衰减曲线和应力、位移、温度分布等的影响.     

非线性超声相控阵无损检测系统及实验研究

相控阵超声无损检测技术近年来在无损检测领域得到了越来越广泛的应用。但当前相控阵超声检测基于传统线性超声,对于材料或结构的微缺陷、微裂纹等缺陷不敏感。研究基于超声的非线性效应的非线性超声无损检测技术对于克服线性超声相控阵技术的不足具有积极的意义。本文设计和开发了基于非线性超声相控阵的无损检测系统,并利用超声检测的标准试件对该系统的性能进行了检验。对比测试了常规线性超声方法、基于滤波的非线性超声方法以及基于反相脉冲的非线性超声方法对于钨丝线靶、超声仿体以及碳钢试块的检测效果。测试结果表明,非线性超声相控阵无损检测技术与传统线性超声相控阵无损检测相比具有空间分辨力高、缺陷分辨力强等优点,而基于反相脉冲的非线性相控阵超声无损检测在空间分辨力上比基于滤波的非线性超声检测方法又有比较显著的提高。     

Noise processing of flaw reconstruction by wavelet transform in ultrasonic guided SH waves

The ultrasonic guided wave technique is a potential and useful tool for nondestructive testing. The scattered or reflected wave from a flaw can give its qualitative or even quantitative information such as location, size and severity. However, in experiments and in situ tests, the noises always exist together with signals. In this paper, we propose a wavelet-transform based noise processing approach for reflected wave signals to the quantitative reconstruction of surface flaws on a plate using guided SH waves. We suggest two different denoising methods based on wavelet transform (WT) in time and wavenumber domains respectively. Numerical results show that wavenumber-domain WT operation gives a better denoising effect than direct time-domain WT denoising. Using the former, one can successfully perform the inverse reconstruction of flaw by reflected signals with signal noise ratio as high as ?5 dB. This research can act as a theoretical reference for practical applications of ultrasonic guided SH waves in quantitative nondestructive evaluation.     

厚壁管道周向导波检测技术实验研究

厚壁管道是火电机组四大管道系统的核心部件,将超声导波技术应用于厚壁管道的无损检测显得十分重要.首先确定厚壁管道检测的激励方式,优化选取适合厚壁管道检测的0.5MHz探头和楔形块角度为60°的斜探头组合.通过改变斜探头与外壁轴向缺陷之间周向距离,在一定范围内仍可检测到缺陷回波,且接收到的周向回波幅值变化不大,表明周向导波...     

Thermal Fatigue Damage Assessment in an Isotropic Pipe Using Nonlinear Ultrasonic Guided Waves

The use of nonlinear ultrasonic waves has been accepted as a potential technique to characterize the state of material micro-structure in solids. The typical nonlinear phenomenon is generation of second harmonics. Second harmonic generation of ultrasonic waves propagation has been vigorously studied for tracking material micro-damages in unbounded media and plate-like waveguides. However, there are few studies of launching second harmonic guided wave propagation in tube-like structures. Considering that second harmonics could provide useful information sensitive for material degradation condition, this research aims at developing a procedure for detecting second harmonics of ultrasonic guided wave in an isotropic pipe. The second harmonics generation of guided wave propagation in an isotropic and stress-free elastic pipe is investigated. Flexible polyvinylidene fluoride (PVDF) comb transducers are used to measure fundamental wave and second harmonic one. Experimental results show that nonlinear parameters increase monotonically with propagation distance. This work experimentally verifies that the second harmonics of guided waves in pipe have the cumulative effect with propagation distance. The proposed procedure is applied to assessing thermal fatigue damage indicated by nonlinearity in an aluminum pipe. The experimental observation verifies that nonlinear guided waves can be used to assess damage levels in early thermal fatigue state by correlating them with the acoustic nonlinearity.     

Ultrasonic Wave Propagation in Progressively Loaded Multi-Wire Strands

In recent years methods based on guided ultrasonic waves gained increasing attention for the nondestructive evaluation and the health monitoring of multi-wire strands used in civil structures as prestressing tendons and stay cables. The study of wave propagation properties in such components has been challenging due to the load-dependent inter-wire contact and the helical geometry of the peripheral wires. The present paper addresses an experimental investigation on the ultrasonic wave propagation in seven-wire strands loaded at different stress levels. Wafer piezoelectric sensors are employed in a through transmission configuration for the generation and detection of stress waves. The response of the lowest-order longitudinal mode is studied at different levels of load. Those ultrasonic features, associated with the transmitted ultrasonic energy, sensitive to the variation of applied load are identified and discussed as possible means of a load monitoring.     

基于应力波传播机理的混凝土无损检测研究综述

混凝土结构在基础设施中应用广泛,但环境与荷载导致材料和结构的老化损伤问题,势必影响材料性能及耐久性和结构完整性及安全性．构建有效的混凝土材料性能评估和结构损伤识别体系是当前研究热点．现有研究因对应力波传播机理不深入理解、损伤定位定量模型理想化、损伤形式简化等问题仍存在局限性．因此,开发普适全面、稳定可靠的无损检测系统,对在建或既有混凝土结构服役状况进行长期、实时跟踪,具有重要学术意义和工程应用价值．本文结合混凝土无损检测领域的国内外研究现状及进展,从智能压电材料振动机理研究、混凝土无损检测方法发展、基于应力波的无损检测研究进展这三个逻辑层面,即按照研究手段到研究方法再到具体研究方案的顺序,循序渐进地对混凝土材料性能评估和结构损伤识别的研究进行了成果总结和方法提炼;基于此进一步概述了该领域所存在的瓶颈问题、研究重难点,最后提出了针对这些局限性的混凝土无损检测研究展望．     

Nonlinear Lamb waves in plate/shell structures

鉴于常规超声检测技术对分布式材料细微损伤和接触类结构损伤的检测效果不佳,近年来非线性超声技术逐渐引起广泛关注.超声波在板壳结构中通常以兰姆波的形式进行传播,然而由于兰姆波的频散及多模特性,使得非线性兰姆波的理论和实验研究进展缓慢.本文从经典非线性理论出发,总结了源于材料固有非线性诱发的非线性兰姆波的理论和实验两个方面的研究进展,并综述了兰姆波的二次谐波发生效应在材料损伤评价方面的若干应用;从接触声非线性理论出发,讨论了目前由于接触类结构损伤诱发的非线性兰姆波的研究现状.最后展望了非线性兰姆波的未来研究重点及发展趋势.