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。     

注浆锚杆中扭转导波的传播特性

理论研究了扭转导波在注浆锚杆中的传播特性。首先建立了注浆锚杆两层复合结构中的扭转导波的频散方程,之后数值计算得到了扭转导波的能量速度、衰减频散曲线及导波在注浆锚杆中的位移分布情况。结果表明,(1)500kHz范围内,注浆锚杆中具有三种扭转导波模态T(0,1)~T(0,3),三种模态均具有频散性。随着频率逐渐增大,导波的能量速度逐渐增大,而衰减值逐渐减小。(2)50kHz和200kHz的T(0,1)模态扭转导波在锚杆体内的周向位移值较大,所以对锚杆体表面的轴向缺陷敏感,而导波在锚杆与注浆体接触面上的周向位移较大,从锚杆泄漏至注浆体中的能量较大,导波衰减较严重。(3)频率高于100kHz,锚杆直径的变化对T(0,1)模态的能量速度几乎无影响,而频率低于100kHz,注浆体弹性模量越大,T(0,1)模态的能量速度越小。     

基于超声导波技术对板表面缺陷的无损检测研究

本文通过数值计算与实验,研究了薄钢板内导波的传播及其频散、多模态特征以及被激励模态与斜探头入射角的关系.利用所建立的实验系统,对钢板表面的人工缺陷进行了检测.结果表明,对特定频率,选择A1模态的超声导波检测钢板表面缺陷是可行的.     

偏置磁场对磁致伸缩纵向导波换能器效能的影响研究

为提高磁致伸缩导波换能器的激励效能,本文研究了磁场结构参数对偏置磁场空间分布的影响。基于COMSOL有限元仿真平台,对磁致伸缩换能器磁场分布特性进行了数值计算,研究了磁路结构形式、磁路和永磁铁数量等对偏置磁场分布的影响,最后优化出适合纵向导波激励的磁场结构参数。检测实验结果表明,随着偏置磁场磁路数量的增加,偏置磁场强度增大,磁场径向均匀性更好,磁致伸缩换能器的效能也相应提高;在相同磁路数量的条件下,永磁体数量的改变对换能器效能影响较小,四磁路偏置磁场最优;轭铁中部增加永磁铁后的磁路结构的偏置磁场的轴向均匀性更高,其激励效能更好。     

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。      

周向超声导波在薄壁管道中的传播研究

本文研究了薄壁管道内周向导波的传播及其频散特性，并且通过对比薄壁板与薄壁管道内的导波，找出了一个比较简便研究周向导波的方法。并通过实验验证了周向导波的频散现象以及激励模态与斜探头楔型角的关系，并且认定在管道中可以激励出单一的周向导波模态。     

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。     

管道超声导波检测专用探头的研制

结合常规超声探头的研制技术，根据检测对象——管道的特殊性，从敏感元件、背衬材料、保护层以及外型等各方面详细介绍了一种管道超声导波检测专用探头的研制过程；利用这种探头分别在板和管中进行了激励接收超声导波的实验，结果表明，这种探头能够激励接收超声导波。     

有限单元法在超声导波检测技术中的应用

超声导波检测技术具有对波导结构中的缺陷进行远距离无损检测的能力,多年来一直是无损检测领域关注的热点之一.有限单元法具有对各种复杂动力学问题进行计算的能力,已成为超声导波检测技术研究的重要工具.本文结合超声导波检测技术研究领域中的热点问题,对相关的有限单元法进行了简要综述.介绍了有限单元法的发展及其在多物理场耦合机制下导波的激励与接收、线弹性和黏弹性结构中导波的传播特性、非线性超声导波等多个方面的应用研究情况. 最后,基于超声导波检测技术研究趋势展望了相关有限单元法的未来研究重点和发展方向.      

基于导波技术的螺柱轴力无损检测

根据弹性动力学理论,采用纵向导波与弯曲导波相结合的方法对螺柱所受轴向应力进行无损检测。计算了M22螺柱中纵向导波和弯曲导波的群速度频散曲线。根据频散曲线,确定了采用导波对螺柱轴向应力进行无损检测的最优检测信号频率范围(50~80 kHz),此频率范围的纵向导波与弯曲导波模态单一,并且频散性较低。分别计算了不同轴向应力σ作用下,多种频率的纵向导波和和弯曲导波在螺柱中传播的群速度值cgσrL和cgσrF。结果表明,随着轴向应力的增大,同频率纵向导波和弯曲导波的群速度皆呈线性递减趋势。利用纵向导波和弯曲导波群速度与轴向应力的线性关系及纵向导波和弯曲导波在轴向应力作用螺柱端面的反射时间tLσ和tσF,可以迅速确定螺柱所受轴向应力值。     

PROPAGATION CHARACTERISTICS OF HIGH ORDER LONGITUDINAL MODES IN STEEL STRANDS AND THEIR APPLICATIONS

Propagation characteristics of high order longitudinal modes of ultrasonic guided waves in seven-wire steel strands are investigated theoretically and experimentally. According to these analysis results, proper longitudinal modes are selected for defect detection in steel strands. Dispersion curves for helical and central wires in a 17.80 mm nominal diameter seven-wire steel strand are numerically obtained firstly, and propagation characteristics of high-order longitudinal modes, such as wave structures, attenuation and dispersion, are analyzed. In experiments, the signals of ultrasonic guided wave at different high frequencies are excited and received at one end of a steel strand by using the same single piezoelectric transducer. The identification of longitudinal modes in the received signals is achieved based on short time Fourier transform. Furthermore, appropriate L（0, 5） mode at 2.54 MHz is chosen for detecting an artificial defect in a helical wire of the steel strand. Results show that high order longitudinal modes in a high frequency range with low dispersion and attenuation whose energy propagates mainly in the center of the wires can be used for defect detection in long range steel strands.     

压电纳米板中SH型导波的传播特性

压电纳米材料具有机电耦合性强、功耗低和反应灵敏等独特性能,且能满足工程对压电器件微型化的要求,从而在传感、微纳米机电系统和柔性电子器件等领域展现出了广阔的应用前景. 高比表面积引起的表面效应是压电纳米材料最重要的结构特征之一,其对材料的整体力学性质起着决定性的作用.表面效应会导致应力和电位移在压电表面的两侧出现间跃,故传统的力电场连续性条件将不再适用.考虑表面为不计厚度却拥有独立材料参数的薄层,采用表面压电模型计及表面弹性、表面压电性、表面介电性和表面密度的影响,本文研究了压电纳米板中SH型导波的传播特性,给出了板边界处的非典型力电平衡条件,得到了频散方程的解析表达,并结合数值算例详细讨论了表面材料参数和结构尺寸对对称和反对称频散模态的影响.结果表明:SH型导波在压电纳米板中的传播具有明显的尺寸相关性,即当板厚很小时,表面效应会显著改变其频散行为,而随着板厚的增大,表面效应的影响会不断减弱直至可忽略不计.      

细观结构固体层中孤立波的传播及相互作用特性

利用直接微扰方法.确定了孤立波的放大或衰减与孤立波的初始幅度以及介质的结构参数之间的关系.然后利用线性化技术构造出一种二阶精度的稳定差分格式,并对孤立波在细观结构固体层中传播特性进行了数值模拟,特别对细观结构固体层中传播的不同幅度的孤立波的相互作用进行了详细的数值模拟,从而得到在适当条件下细观结构固体层中孤立波传播时即可以衰减、放大又可以稳定传播,且相互作用不影响这种传播特性.     

GUIDED CIRCUMFERENTIAL WAVES IN DOUBLE-WALLED CARBON NANOTUBES

A model of guided circumferential waves propagating in double-walled carbon nan- otubes is built by the theory of wave propagation in continuum mechanics,while the van der Waals force between the inner and outer nanotube has been taken into account in the model.The dispersion curves of the guided circumferential wave propagation are studied,and some dispersion characteristics are illustrated by comparing with those of single-walled carbon nanotubes.It is found that in double-walled carbon nanotubes,the guided circumferential waves will propagate in more dispersive ways.More interactions between neighboring wave modes may take place.In particular,it has been found that a couple of wave modes may disappear at a certain frequency and that,while a couple of wave modes disappear,another new couple of wave modes are excited at the same wave number.     

双层碳纳米管中的周向导波

考虑双层碳纳米管的层间范德华力,采用连续介质力学的波动理论,建立了双层碳纳米管中周向导波传播模型,研究周向导波的频散现象.通过与单层碳纳米管结果的比较表明,双层碳纳米管中周向导波的传播表现出更为明显的频散特性,出现更多的模态干涉现象,并发现在某些特殊频率处出现成对模态的消失与新启现象.     

REFLECTION CHARACTERISTICS OF LONGITUDINAL WAVES IN A SEMI-INFINITE CYLINDRICAL ROD CONNECTED TO AN INFINITE VISCOELASTIC STRATUM

Reflection characteristics of longitudinal strain waves in a semi-infinite elastic rod con-nected to a viscoelastic stratum are investigated analytically.The three-dimensional viscoelasticity the-ory is applied to the stratum,and the Laplace transform with respect to time and the numerical inverseLaplace transform by means of Laguerre function are used.The time histories for the longitudinalstrain of an arbitrary point of the rod are presented.Two typical viscoelastic models are considered,one is the usual Maxwell-Voigt model,the other is whose relaxation function is given by a power law.The numerical results for the two models are presented and compared each other and also with previ-ously published results for the elastic stratum.     

GUIDED THERMOELASTIC WAVE PROPAGATION IN LAYERED PLATES WITHOUT ENERGY DISSIPATION

In this paper, the propagation of guided thermoelastic waves in laminated orthotropic plates subjected to stress-free, isothermal boundary conditions is investigated in the context of the Green-Naghdi (GN) generalized thermoelastic theory (without energy dissipation). The coupled wave equations and heat conduction equation are solved by the Legendre orthogonal polynomial series expansion approach. The validity of the method is confirmed through a comparison. The dispersion curves of thermal modes and elastic modes are illustrated simultaneously. Dispersion curves of the corresponding pure elastic plate are also shown to analyze the influence of the thermoelasticity on elastic modes. The displacement and temperature distributions are shown to discuss the differences between the elastic modes and thermal modes.     

弹性波在饱和土层中的传播

本文在扼要综述以往有关的研究成果以后,通过一定的假设,推导出饱和土连续条件方程以及考虑土骨架与孔隙水之间耦合效应的动力平衡方程,从而得到一组饱和土层中的弹性波动方程,其中只应用了具有明确意义的土骨架和孔隙水力学参数。分析表明,无限饱和土层中可存在两种P波和一种S波;在渗透性很好的饱和土层中,孔隙水波速度最大可达到水中波速的3~(1/2)倍;在渗透性极差的饱和土中,两种P波同速,且可接近或大于水中波速;土的渗透性对S波的影响不如P波的显著,以此,可近似解释一些试验现象,对利用波速法测得合理的饱和土层特性参数以及相关学科也具有理论与应用价值。     

微机化的纵横波螺栓轴向应力检测仪研制

介绍了一种既可测安装过程中的螺栓应力又可测已紧固螺栓轴向应力的一种仪器,该仪器是以单片机和计算机为核心,用超声纵横波声时进行在线检测;利用超声波沿轴向传播的波速同轴向应力以及三阶弹性常数的关系导出了应力同纵横波声时比值及温度的关系,考虑了受应力作用时温度对声速的影响,简化了测量及计算过程.仪器采用了声时、声幅衰减及数字处理技术联合排除偶合错误及噪声干扰等方法,增加了仪器的稳定性;仪器采用了高精度测声时方法,提高了应力测量精度;计算机提供了数字及图形显示并提供了数据查询及图形还原等功能,极大地方便了用户操作及管理.实验结果表明应力低于250 MPa,夹紧距离大于30 mm时,应力超声测量的绝对误差小于±8 MPa.