噪声对管道超声纵向导波损伤检测的影响

在管道超声导波检测技术的基础上,对不同程度纵向缺陷的损伤检测进行了数值模拟.利用缺陷反射信号对损伤的定位,通过改变管壁局部刚度,研究了缺陷反射信号强度变化的相关规律以及超声导波对缺陷的敏感度,分析了噪声信号对损伤识别的影响,并利用小波的分解和重构算法将信噪分离.结果表明不同程度的信噪比会对超声导波检测法造成一定的影响,通过低通滤噪的方法对信号进行信噪分离,可实现高噪条件下的损伤检测.     

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。     

管道超声导波检测技术研究进展

综述管道超声导波检测技术及其应用研究进展。着重对超声导波技术和模态声发射技术在管道检测中的最新应用进行了评述，内容涉及超声导波的传播特性、实验检测方法及其数值模拟等。     

高频纵向导波在钢杆中传播特性的研究

计算了钢杆中纵向轴对称导波模态的衰减频散曲线和群 速度频散曲线. 分析了1~3MHz范围内高频纵向轴对称超声导波在钢杆中的传播特 性. 理论分析表明,各高阶纵向模态都存在一个衰减最小值,在此衰减最小值所对应频率下 的高阶模态能传播较远距离,可用于钢杆导波检测. 建立实验系统,采用轴对称同端激 励接收的方法,根据第1次端面回波做出群速度和端面回波幅值随频率变化曲线,实验结 果与理论分析基本吻合. 表明考虑材料衰减特性的钢杆频散曲线可以作为实验指导依据.     

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。     

基于小波分析的超声导波管道裂纹检测方法研究

利用LS-DYNA970动态有限元分析软件对考虑横应变下的管道纵向超声导波损伤检测进行了数值模拟,分析了不同的激发频率对管道中导波频散现象的影响.选择适当的尺度和小波基函数,利用小波变换实现了对微弱且无法直接观测的缺陷检测信号的识别.同时通过时频分析研究了噪声信号在检测信号中的分布规律,并运用小波包分解和重构算法将信噪分离,实现高噪条件下管道微缺陷的损伤识别.     

带阻尼多层杆构件超声导波传播特性分析

应用半解析有限元法求解导波在带阻尼多层杆构件中的相速度、群速度、衰减情况和波结构等频散特性。采用有限元数值模拟的方法对带有包覆层(芯层采用直径φ=28mm的28#热轧带肋钢筋,包覆层为φ_(inner)=28mm,φ_(outer)=160mm标号为C50的混凝土)和不带有包覆层(芯层采用φ=28mm的28#热轧带肋钢筋)的两类锚杆进行三维建模,并分析了不同加载方式下导波的激励特性。结果表明:锚杆中低频频段的导波模态数量较少,衰减较小,但频散较强,信噪比较低;高频频段中存在的导波模态众多,且衰减较快。与无包覆层锚杆相比,灌浆锚杆在同样的频带范围内导波的模态数量更多更复杂,衰减明显增大。在低频时灌浆锚杆的纵向模态位移分布在全截面,高频时集中在锚杆中心部位。采用导波对杆构件进行长度检测时,对于无包覆层锚杆优选端面与侧面组合加载方式下64kHz时的L(0,1)模态,而对于灌浆锚杆优选端面梳状阵列加载方式下2250kHz时的L(0,22)模态。     

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。     

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。     

管道中具有累积效应的二阶谐纵向导波生成点的数值验证

利用非线性导波检测早期损伤的潜在优势,在于其对微裂纹或以微结构变化的形式表现出来的材料性能退化的敏感性.而长距离传播能力使得振幅具有累积效应的非线性二阶谐纵向导波成为检测管道的理想方法.论文提出了在均匀各向同性的应力自由弹性固体管道中,产生轴对称二阶谐纵向导波的方案,该方案使用同频零阶纵向导波作为激励波.根据相速度匹配条件得到与此方案相对应的可能的谐导波生成点后,利用另一条件即非零功率流对生成点进行了数值验证,最终确定了在管道中产生二阶谐纵向导波的生成点.     

充液管道系统的模态分析

考虑管道与液体之间的泊松耦合与连接耦合,推导了低频情况下的充液直管轴向、横向振动传递矩阵与弯管单元的传递矩阵,引入了弯管弯曲因子.对一“L”形充液管系进行了研究,使用ANSYS有限元分析软件与传递矩阵法计算了两种边界条件下充液、充气管系的模态频率与模态振型.结果表明,气体与管道之间的耦合作用对管系模态的影响可忽略;而对充液管系而言,固液耦合作用不能忽略.     

双通道旋转输流管临界流速和振动模态分析

旋转叶片是航空发动机重要零件之一,服役条件十分恶劣,常常因振动过量导致其失效.为了合理设计含冷却通道的叶片,保证其可靠性与安全性,需对含冷却通道的叶片的振动特性进行研究.基于EulerBernoulli梁理论,将叶片简化为含两通道的悬臂旋转输流管,考虑了通道轴线偏移量对流体动能的影响,采用Lagrange原理结合假设模态法建立包含双陀螺效应的运动控制方程,采用降阶扩维的方法求解系统特征值.研究两通道模型的流速比、转速和长细比等对前3阶特征根曲线影响.将文章模型退化为简支单通道输流管,与文献报道结果进行对比,部分验证建模方法的正确性.研究发现:在相同的管道截面积下,两通道模型的临界流速值大于单通道模型的;旋转运动引入的陀螺效应会使得第2, 3阶特征根轨迹发生绕圈现象,并多次穿越虚轴;随着长细比的增大,系统会表现出类似非旋转的悬臂输流管的动力学行为;系统的横向位移模态响应呈现出行波特性,且在不同参数组合下,阻尼因子对前3阶模态产生不同的增强或减弱作用.     

分析弹性支承输流管道的失稳临界流速

研究了两端弹性支承输流管道静态失稳和动态失稳临界流速. 根据梁模型横向弯曲振动模态函数,由两端弹性支承的边界条件得到了其模态函数的一般表达式. 根据特征方程具体分析了弹性支承刚度、质量比、流体压力和管截面轴向力等主要参数对失稳临界流速的影响. 数值计算结果表明,管道在弹性支承下的动力稳定性比较复杂,在较小的弹性支承刚度和较小的参数范围内,管道主要表现为动态颤振失稳;在较大的弹性支承刚度和较大的参数作用下,管道的失稳形式主要表现为静态失稳;并且失稳临界流速随流体压力和管截面轴向压力的增加而下降,随管截面轴向拉力的增加而上升.     

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。     

弹性支承输液管道的临界流速

建立了求解输液管道临界流速的新方法，该方法把奇异函数与傅立叶级数相结合，将此问题转换成的实矩阵的二次特征值问题。本方法可用于任意弹性支承的输液管道，支承位置可在两端也可在两端之间。     

动脉狭窄对血液流速的影响

为了定量计算动脉局部狭窄对动脉管中血液流动速度的影响，本文分别对狭窄区域内定常流和非定常流动进行了求解，得出了狭窄区域内定常流和脉动流的速度表达式。本文将均匀段的流速形经Ｆｏｕｒｉｅｒ分解成定常和脉动两部分，然后分别计算出狭窄区域内对应的定常和脉动流速，经Ｆｏｕｒｉｅｒ合成还原成流速时域波形，同时针对各种情况将不同狭窄对不同的流速波形的作了分析比较。     

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.     

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.      

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.     

管道内全阻塞障碍物对气相爆轰波传播特性的影响

建立了长2 800 mm、内径为50 mm的圆管内爆轰波传播实验装置,采用光电二极管探测火焰锋面以获得爆轰波的传播速度,采用烟迹法记录爆轰波的胞格结构。通过在管道不同位置设置阻塞率为1的聚丙烯薄膜,研究不同初始压力下不同氩气稀释浓度的C₂H₂+2.5O₂+nAr预混气体爆轰波在通过全阻塞障碍物前后传播速度及胞格结构的变化。结果表明,气相爆轰波在达到稳态爆轰后,在通过全阻塞薄膜障碍物的过程中会产生2种不同的传播形式:速度亏损和爆轰失效。气相爆轰波穿过不同区域的传播过程可以分为3个阶段:稳态传播阶段、速度亏损阶段或爆轰失效阶段、过驱爆轰阶段。