管道超声导波检测技术研究进展

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第l7卷第】期实验力学Vo-．17No．12002年3月JOURNALOFEXPERIMENTALMECHAN](Mar．2002文章编号：1o01-4888(20o2)0l_0ool09管道超声导波检测技术研究进展焦敬品，何存富，吴斌，费仁元，王秀艳f北京工业太学机电学院．北京100022)摘要：综述管道超声导波检刹技术厦其应用研究进展．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，内容涉厦超声导波的传播特性、实验检测方法厦算数值模拟等．关键词：管道；超声导波；模态声发射；

2、数值模拟中圈分类号：0348文献标识码：A1引言管道作为五大运输工具之一，在运输液体、气体、浆液等方面具有特殊的优势．世界上管道主要干线已达230多万，1994年末我国油气管道干线已达17387km，城市供水系统更是极为庞大的管道网．然而管道在长期使用中受冲刷和腐蚀导致管壁减薄，常常发生泄漏事故，不仅造成经济上的巨大损失，且会污染环境影响生态平衡．据统计世界各大中城市自来水的泄孺损失率在20左右．近年来有许多管道发生事故，更引起世人的极大关注．例如．1993年委内瑞拉一条气体管道发生泄漏，气体爆炸．致使51人死亡；1994年美国新泽西州的一条管

3、道泄漏，造成火灾，致使1人死亡j0多人受伤．近年来还有其他一些国家如俄罗斯、加拿大和英国等国家的管道发生各种事故的报道．据不完全统计，截止1990年，我国仅输油管道在20年时间里，共发生大小事故628次．天然气管道也曾多次发生事故，后果特别严重，给人民生命财产造成了严重的损失J．更为严重的是管道泄漏造成了严重的环境污染．加剧了原本已经恶化的人类赖以生存的地球空间．尽管使用常规无损检测方法(如超声检测爬机、漏磁检测爬机等)对管道检测有着众多的优势所在“，如技术成熟，只需对工人稍加培训，就可以利用现有的专门设备进行检测．但常规无损检测技术都存在一个

4、严重的不足：检测过程为逐点扫描式，因此常规无损检测方法不可收稿日期：20ol-05—23；修订日期：2002一c2—20基金项目：国家臼然科学基金(19920(；3北京自然科学基盘(~992006J，北京市教委科拄发展项目．教育部高等学校骨教师资助划项日作者简介：焦敬品(1973一)．女．北京工业太学机电学院讲师．在读博士研究生．主要研究领域：结构安全监控研究维普资讯http://www.cqvip.com实验力学(2002年)第17卷能有效的用于当前工业中广泛使用的成千上万公里的管道检测．而超声导波检测技术和模态声发射技术是解决这一问题的潜在

5、可行的方法．本文旨在概述超声导波技术和模态声发射技术在管道检测中的最新研究进展及发展趋势．2超声导波技术多年以来，超声导渡在空心圆柱体中传播课题的研究备受国外学者关注、Gazis“”利用弹性理论求得简谐波在无限长的空心圆柱体中传播的通解、Gree~spon_1。”：也对弹性理论进行了研究，并且发表了有关圆柱壳弥散曲线和位移场的论文．由于工业生产中迫切需要先进的管道无损检测技术，因此出现了将导波技术应用于管道缺陷检测的研究．1979年，~olTLpson等_1将EMAT(电磁声传感器)应用于蒸汽发电机管道的裂缝检测．Silk和Bainton：ls

6、~利用压电超声探头在热交换管道中激励超声导渡，他们也对裂纹检测进行了实验，证明了利用超声导波技术对管道检测的可能性．Brooketal：证明了利用柱状导波对管道进行检测的可行性，柱状导渡由管道一端施加法向载荷激励．有趣的是Silk和Bainton利用L(O，1)模式导波对管道进行检测．而Brook等利用的却是上(0．2)模式导波．这是由于不同的激励方法产生的不同的激励模式．Silk和Bainton是从管道内部激励导波的，而Brook等是从管道一端横截面处激励导波的．这些实验证明了利用超声导波对管道检测的有效性，但是现场应用尚处于空白．根据选用导

7、波模式数量的不同，可将管道超声导波检测技术分为单一模式导波检测技术和多模式导波检测技术两种方法．2．1单一模式导波检测导波模式的选择是管道检测系统的一个关键问题．若不能很好解决，导波技术就毫无优势可言．通常，激励源将产生出在其频率带宽内的所有模式，导致接收信号非常复杂而无法分析．但是可通过某些特殊的激励方式激励单一模式的导渡．目前，在国外超声导波管道检测中常用的单一模式导波为L(0，2)模式导渡．这是因为此模式在以下几方面具有显著优势：1)在某一特定频率附近的很宽频率范围内，此模式几乎是非频散的．即群速度、相速度不随频率明显变化，因此使得信号形

8、状在传播过程中基本保持不变；2)它是传播最快的模式，因此任何不希望出现的模式信号都在其后到达；3)它对任意圆周向内表面与外表面缺陷具有相同的灵敏度，即