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。     

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。     

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...     

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。      

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.     

钢绞线中激励纵向模态的磁致伸缩型激励及接收器的选型

为在钢绞线中有效激励和接收纵向模态超声导波,对磁致伸缩型传感器的敏感元件螺线管的结构进行了优化,并进行了试验验证.首先,对利用磁致伸缩效应在钢绞线中激励及接收纵向模态超声导波的方法进行了分析,选用频率160kHz的L(0,1)纵向模态作为用于公称直径17.8mm的7芯钢绞线检测的导波.设计制作了激励该模态专用磁致伸缩型传感器.经过对结构和绕向不同的螺线管进行比较后,选取3段式螺线管作为磁致伸缩型传感器的敏感元件.为证实其检测能力,利用该传感器对钢绞线外围钢丝上的人工缺陷进行了检测,通过得到的实验信号可以很好确定缺陷位置.本文的研究为今后进一步检测钢绞线的健康状况奠定了基础.     

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.     

利用兰姆波对板状结构中隐蔽腐蚀缺陷的检测

在石油、天然气、化工和石化行业中,许多大型容器和储罐常用来储存带有腐蚀性液体或气体,其内壁极易被腐蚀变薄而影响其使用寿命。为了激励出合适的导波模态检测容器内壁的隐蔽腐蚀缺陷,本文对一块2.76mm厚并蚀刻了一个人工腐蚀缺陷的钢板进行了检测。实验中,采用了一发一收法,并分别激励了对称模态S1和反对称模态A1对该缺陷进行了检测。利用短时傅立叶变换对接收到的时域信号进行了时频分析,得到各导波模态的模态转换,频散和衰减结果。通过对比可以看出,S1模态更适用于检测隐蔽腐蚀缺陷。结果显示,通过选取合适的模态,导波检测方法有可能用于大型容器和储罐内壁腐蚀缺陷的检测。     

转子轴承系统振动响应谱的仿真研究

在转子轴承系统振动信号处理中,针对平稳信号的传统傅里叶变换精度较低、快变启动过程的非平稳信号频谱分析方法较复杂的问题,本文仿真构造了两类响应信号。通过对比给定信号参数与信号识别参数的误差研究了几种谱分析方法或过程的简便性和准确性。对转子系统振动平稳信号离散频谱分析时存在的误差进行了定量分析,利用比例插值法对误差进行校正,开发了高精度谱分析测试软件;分析了转子轴承系统快变过程非平稳振动信号的特征,探索了一种将t时空域非平稳信号转变为tn时空间域平稳信号的办法或过程,然后结合比例插值校正法对其进行频谱分析,再返回到t时空域获得某时刻的谱特征参数;构造了转子系统振动仿真信号检验了上述过程的准确性。研究结果表明:比例插值法提取的谱特征数据近乎与仿真信号设定值相等;针对本文构造的快变过程非平稳仿真信号,利用本文给出的谱分析过程产生的频率误差最大值为0.47%,幅值误差最大值为0.2%。本文的仿真研究为提出和考证新的谱分析方法提供了手段。     

管道超声纵向导波裂纹检测数值模拟

简述了近年来超声导波技术的发展现状及其检测原理，并用有限元程序ANSYS对管道超声纵向导波裂纹检测进行了数值模拟。管道模型中，删除单元模拟管道周向裂纹，通过对管道一端端部周向各节点施加轴向瞬时位移载荷模拟纵向入射应力波，同端接收反射应力波，根据裂纹纵波回波信号到达时间和反射系数能较为精确地判断裂纹位置、周向开口裂纹长度、管壁减薄程度及裂纹截面积，但反射系数对管道轴向裂纹宽度不十分敏感。数值模拟结果与前人实验结果及理论计算结果吻合较好。     

基于细观混凝土模型的时间逆转损伤成像方法

提出了一种针对混凝土结构损伤检测的时间逆转损伤成像方法.以检测混凝土结构中与骨料尺寸相近的微小损伤为目的,引入细观混凝土随机骨料模型,该模型将混凝土结构视为由水泥浆基底、骨料及粘接层组成的三相复合材料,基于Monte Carlo随机样本原理并结合真实试件的骨料级配曲线建立.在数值模拟分析中,将生成含损伤的细观模型导入有限元分析软件进行超声波场模拟,同时采用自适应性强的时间逆转模型(time reversed model,TRM)进行损伤定位.TRM分为正向检测和逆时成像两个部分:正向检测过程得到包含损伤的一系列散射回波信号,从数值角度进行时间反演并作为逆时过程的输入信号;逆时成像过程选用等效弹性参数模型,几何尺寸与随机骨料模型相同,时反信号在相应几何位置同时加载形成时反波场,时反波场在损伤位置会发生干涉叠加从而导致能量峰值的出现,通过确定干涉峰值时刻,并获取该时刻对应原始波场以及小波变换能量场完成成像.与原始数据波场图相比,小波变换处理成像结果消除了杂波干扰,成像结果更加清晰.进一步对等效弹性参数的取值进行讨论,并且在骨料尺寸范围内调整损伤大小,结果显示成像结果匹配度高,对于非均质混凝土结构的损伤检测能很好满足损伤定位需求.由此证明,时间逆转成像方法对于具有复杂结构的混凝土材料的损伤检测具有较好的适用性.     

The application of wavelet transform to wave breaking

Wavelet transform is a particularly useful tool to characterize transient phenomena such as wave breaking. In this paper, we apply wavelet transform to the detection and quantification of the breaking waves. We use a new method that uses the local properties of wavelet transform to detect and quantify the breaking waves and give some new breaking criteria. By comparing this method with the classic method, we find that wavelet transform is very effective in the detection of breaking waves. With wavelet transform, a set of measured wind wave data is investigated. The results have revealed some previously unknown phenomena about wave breaking. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (49476254, 49606070) & the National High Technology Research and Development Program of China (863 Program)     

新型让压锚杆作用机理研究

软岩大变形工程存在因开挖卸荷导致较大的应力释放,在工程施工过程中将会产生较大变形的特点,如沿用传统的锚杆进行支护,岩体的大变形所产生的过大拉力将会造成锚杆的拉断破坏.针对软岩大变形工程存在的该类问题,介绍了一种新型的端部具有让压装置的新型压力分散型让压锚杆,并对该让压锚杆的作用机理和力学行为进行分析,得出锚固体的作用机理与传统压力分散型锚杆相比分为3个阶段,并通过试验的方式确定了该让压锚杆的让压力.这种新型让压锚杆在将锚固体压力分散的同时,实现大变形的让压,适宜在大变形工程中进行应用.     

铝板中激光Lamb波信号的模态分析与缺陷检测研究

激光激励的Lamb波信号具有较宽的频带,且包含多个模态信息。本文采用二维傅里叶变换和时频分析等信号分析技术用于检测信号中的模态成分及缺陷信息识别。首先,对200组激光Lamb波信号进行二维傅里叶变换,得到信号的频率-波数图,可识别出激光Lamb波信号中的低阶A0、S0和高阶模态,并且A0模态能量高,可用于缺陷检测。随后对有、无缺陷状态下Lamb波信号进行连续小波变换,从时频图中识别出缺陷信号的频率成分,进一步提取特定频率下的小波系数幅值信号,实现了缺陷信息的识别。结果表明,二维傅里叶变换能较好地识别激光Lamb波的模态成分,而提取出的连续小波变换系数图,能准确实现缺陷定位。     

兰姆波测试信号的数字滤波处理

为了增加兰姆波测试信号特征提取的精度,降低噪声的影响,信号的预处理是必要的.本文采用一发一收兰姆波测试技术,在含有人工槽型缺陷的3mm厚铝板上进行了实验.选择带通无限长脉冲响应滤波器对兰姆波信号进行降噪.考虑到兰姆波的激发频率为250kHz,ⅡR滤波器的通带设置为160～330kHz.采用Hilbert变换获取滤波后信号的包络,结果显示,与滤波前兰姆波信号的包络相比,滤波后信号的包络更加平滑和清晰,各个波包的峰值可以唯一确定,为后续兰姆波信号的走时提取提供了方便.在此基础上,根据入射波与S0反射波峰值之间的时间间隔计算S0模式的群速度,结果与理论值较为接近,由此显示了滤波处理在兰姆波测试信号分析中的重要作用.     

Experimental investigation of impact of environmental temperature and optimal baseline for thermal attenuation in structural health monitoring based on ultrasonic guided waves

Structural health monitoring (SHM) of any mechanical component is compulsory for its efficient and long-term performance. One of the major challenges to apply SHM technique in real-time inspections is variation in environmental and operating conditions (EOCs). Sometimes the effect of this variation in EOCs is so severe that it influences the SHM system’s response and reduces the accuracy of the inspection process. The goal of current research is to investigate experimentally the impact of environmental temperature on the ultrasonic guided wave signal during damage detection. According to the characteristic of breathing phenomenon of fatigue crack caused by the applied temperature (30 °C–180 °C) under operation condition, behavior of reflection and transmission signal is analyzed in terms of amplitude and group velocity. Based on experiment findings, a wave velocity function has been generated in the Matlab® environment to compute the velocity of acquired signal considering the effect of both temperature and excitation frequency. A corresponding sequence curve is drawn which illustrates that the proposed function is valid when the operating temperature is less than 130 °C because sensor bonding’s characteristics are affected by the further increment in temperature and consequently it would become difficult to illuminate the sole impact of temperature on damage detection results. Impact of temperature on examined material properties and sensor’s bonding strength is also observed in the current study. Analysis of dispersion curves is performed to examine the individual behavior of S0 and A0 wave modes with temperature and to determine the temperature invariant points to reduce the influence of environmental temperature in SHM. Hence current study not only evaluates the impact of temperature on damage detection but also provides an optimal baseline for thermal attenuation in real-time ultrasonic guided wave inspections.     

利用锚杆轴力量测定围岩破坏区的方法

本文系统总结了锚杆轴力分布型式,分析了各轴力分布型式的力学机理。结果表明,在围岩不同区内,锚杆所受剪切力具有不同的特点,而且,锚杆所受剪切的特点在锚杆轴力分布中得到了反映。根据以上关系,提出了利用锚杆轴力量测确定围岩破坏区的方法。