lamb波和管中导波的传播特性研究

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1、KeyWords：GuidedWave；GuidedWaveTestingTechnology；ModejLambwave；GuidedWaveinPipes·m．大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相

2、关法律责任。学位论文题目：出生主垒垄重业戛焦銎堡亟丝唑蛰垒作者签名：：逮叠!莲日期：型盟年—L月三￡日大连理工大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。‘学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：作者签名：导师签名：—嘭}一怵』乒年上

3、月生日大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1研究的背景及意义超声波在固体材料中通常存在两种基本的波型，即纵波与横波。当超声波被局限在板状、管状或棒状材料的边界内时，超声波在边界处产生不断地反射，这样就形成了新的超声波类型——导波【l】。板中的导波称为Lamb波，通常也称为板波，它包括对称和反对称两种模态。至今已经有不少研究导波的著作，导波检测技术也逐步成为无损检测领域研究的热点课题。相对于常规超声检测技术而言，超声导波检测技术是一种快速、长距离、大范围、成本相对低的新型无损检测方法，具有简便实用、经济高效、精确可

4、靠的特点。利用超声导波在介质内远距离传输的特性，选择适当的导波模态，仅在一个测试点激发导波，就可以对板材和管道等材料进行大范围检测。目前，该技术已开始应用于检验板材和保温层下石油化工厂的管网系统，并逐步应用到其它领域的设备在役无损检测。铝的多种优良性能使其有着极为广泛的用途。铝的密度小，且可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。4这些铝合金板材广泛应用于飞机c2翻、汽车湖、船舶【6】、火车等的制造。例如，一架超音速飞机约有70％的构件是由铝及其合金制备的；船舶建造中也大量使用铝及其合金材料，一艘大型客

5、船的用铝量常达几千吨。在工业生产中，无论是冶金厂的出厂产品检验，还是装备制造企业材料入厂质量检查，都需要快速、可靠的无损检测技术满足生产的需要。Lamb波技术只需要很小的能量就能激发导波，并且适用于大面积板材的检测【7】。同时，选择合适的Lamb波模态，便能够对薄板中常见的分层、折叠、裂纹等缺陷进行有效的检测。因此，研究Lamb波检测技术具有重要意义。与此同时，管道系统广泛应用于石油化工、热力热电、以及城市自来水、天然气供应等领域。工业金属管道可分为无缝管和焊接钢管。无缝管中常存在裂纹、折叠、夹层、夹杂和内壁拉

6、裂等缺陷，这些缺陷大多与管道的轴线平行。焊接钢管中的缺陷通常有裂‘纹、未焊透、未融合、气孔和夹渣等C引。通常，工业管道的工作条件非常恶劣，容易引发腐蚀、疲劳裂纹等缺陷。从20世纪70年代开始，我国油气管道大规模建设，相继建成了原油管道、天然气管道、成品油管道、海底油气管道约3×104kmt9J。蒋承君，巨西副】o】在油气管道检测技术发展和现状的综述中明确提出，对管道迸行实时监测和诊断已经成为无损检测技术应用的一个重要方面。Lamb波和管中导波的传播特性研究管道的无损检测可借助于超声导波技术进行。管中导波检测速度

7、快，尤其对于管道腐蚀缺陷有很高的灵敏度，可以对管道进行快速有效的检测。而且，对于中空管道而言，也不存在导波的能量泄露问题。Silk和BaintonIn]利用压电超声探头在热交换管道中激发超声导波，．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。Brook[12】等人由管道一端施加法向载荷激发柱状导波，并证明了利用柱状导波对管道进行检测的可行性。然而，在埋地管道缺陷检测中，选择模态和检测频率时要考虑导波的能量泄露问题，应该选择适当的检测模态和检测频率，使得能量泄露最tJ、[mq。由于超声导

8、波具有在介质内远距离传输的特性，引起了各国科学家的关注，成为国内外无损检测研究和应用的热点。目前国内此项技术尚处于研发阶段，而国外已有商业化产品问世(例如英国的Teletest系统等)。1．2导波的研究现状1．2．1Lamb波的研究现状Lamb波的发现是在1917年。当时英国力学家兰姆(H．Lamb)按平板自由边界条件解波动方程，得到了一种特殊的波动解[”】。后人把这种波动命名为Lam