管道裂纹纵向超声导波检测仿真研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2006年第27卷第4期中北大学学报(自然科学版)Vo1．27No·42006(总第108期)JOURNALOFNORTHUNvE!!!望!垒!垒!垒!兰里望兰!!!．一一—文章编号：1673．3193(2006)04·0348—04管道裂纹纵向超声导波检测仿真研究杨湖，王成。(1．中北大学信息与通信工程学院，山西太原030051；2．北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京100081)摘要：在纵向超声导波基本原理的基础上，分析了两种纵向模式位移分量随频率的变化而变化的情况，给出了一

2、种梳状对称换能器对管道缺陷的有效检测．数值分析和仿真结果表明，利用纵向超声导波可对有障碍物覆盖的管道，有阻碍物遮挡的管道进行长距离、有效的、省事省时的在线检测，与理论分析相吻合．关键词：纵向超声导波；模式；仿真；管道裂纹中图分类号：TM930．124文献标识码：ASimulationofDetectionPipelineCracksbyLongitudinalUltrasonicGuidedWavesYANGHu。WANGCheng0(1．SchoolofInformationandCommunicationEngineering，Nor

3、thUniversityofChina，Taiyuan030051，China；2．StateKeyLaboratoryofExplosionScienceandTechnology，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China)Abstract：Afteradescriptionofthebasicprincipleofverticalultrasonicguidedwave，thispaperhasmadeananalysisonthevariationofthedisplaceme

4、ntoffsetofverticalmodevariantwithfrequency；ithasalsopresentedanapproachbywhichapectinatesymmetricaltransducerbeusedtoeffectivelydetectpipelineflaws．Dataanalysisandsimulationindicatethatlongitudinalultrasonicguidedwavecanbeap—pliedtotheon—linedistancedetectionofthepipeline

5、scoveredorshelteredbybarriers．Keywords：longitudinalultrasonicguidedwave；mode；simulation；pipelinecrack典型的、传统的的超声检测方法是利用传感器(探头或换能器)在被测管道表面进行逐点扫描，常用超声C扫描探伤方式．由此获得被测件整体的探伤图像，但这一过程往往非常费时，难以实现远距离有效检测且所需设备比较复杂[1]．一般情况下，裂纹和腐蚀等缺陷在管道内、外表面都可能发生．由于在检测过程中不能接近管材的情况占有很大比例，如果不移去隔离部分，即使是外

6、部缺陷也无法用传统的超声检测技术来检测．基于上述情况，对于管道中的缺陷可以利用超声导波技术进行检测．由于导波具有频散特性，在管道中会产生多种模式的波，所以选择特殊模式的导波对检测缺陷是非常重要的．本文选择纵向超声导波对裂纹进行数值分析和仿真研究[2]．1纵向超声导波的基本原理图1为管道示意图，其内径为a，外径为b．由纵向超声导波在管道中传播的特性可知，管道中质点位移分量为一U，(r)COSnOCOS(tot+kz)，口=U口(r)sinnOcos(tot+kz)，2一U2(r)cosnOsin(tot+kz)，收稿日期：2006．03．3

7、0基金项目：国家自然科学基金资助项目(10202001)作者简介：杨湖(1972一)，男．讲师，博士生．主要从事测试计量技术及仪器的研究．维普资讯http://www.cqvip.com(总第108期)管道裂纹纵向超声导波检测仿真研究(杨湖等)349式中，“，，“一，分别表示径向、周向、轴向位移分量；U，，U一，U分别为相应的位移幅度．管道中的导波可分为三类：纵向模式L(O，)(轴对称摸态)，m：1，2，3，⋯．扭转模式T(O，)(轴对称摸态)，一l，2，3，⋯．弯曲模式F(n，)(非轴对称摸态)，：1，2，3，⋯；一1，2，3⋯．模式中

8、的为模数，反映了该模式在管道壁厚方向上的振动形态；整数n为周向阶次，反映了该模式环绕管道壁周向的传播形态．一般情况下，对于给定第n阶模式，可做出个模式的频散曲线．准确描述上述三类模式比较困难，