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1、中国机械工程第20卷第2期2009年1月下半月管道周向水平切变导波特性分析王
2、黄松岭赵伟清华大学,北京,100084摘要:为指导基于超声导波的管道无损检测,计算并分析水平切变(shearhorizontal,SH)导波在具有自由内表面、外表面的弹性各向同性管道周向波导中传播的频散和波结构特性,将这些特性与平板SH导波的对应特性进行对比分析。在周向SH导波的频散特性推导中引入了传播方向弧长的修正算法。研究结果表明,表征管道周向弯曲程度的内半径、外半径之比越大,则管道周向SH导波的频散和波结构特性越接近于平板SH导波的情况,并且较低频率下的平板SH导波的SH0模式和管道周向SH导
3、波的CSH0模式较适合缺陷的检测。关键词:管道周向SH导波;频散曲线;波结构;导波工作点选择中图分类号:TG1151285文章编号:1004—132X(2009)02—0146—04StudyonPipeCircumferentialSHGuidedWaveCharacteristicsWangShenHuangSonglingZhaoWeiTsinghuaUniversity,Beijing,100084Abstract:SHguidedwavedispersioncharacteristicsandwavestructureforfreesurfaceisotropice
4、lasticpipecircumferentialwaveguidewerecalculatedandanalyzedtoguidepipelineinspection,andthesecharacteristicswerecomparedwiththoseoftheplateSH(shearhorizontal)guidedwave.AnewpropagationdirectionarccalculationalgorithmwasproposedforpipecircumferentialSHguidedwaveformulation.Thestudyresultssho
5、wthatthebiggertheratioofinnerandouterradii,themorethepipecircumferentialSHguidedwavewillresembletheplateSHguidedwaveinthedispersioncharacteristicsandwavestructure,andplateSH0modeandpipecircumferentialCSH0modearesuitablefordefectdetection.Keywords:pipecircumferentialSHguidedwave;dispersioncu
6、rve;wavestructure;guidedwaveoperatingpointselection0引言对于超声导波的研究和应用,求解频散曲线具有频散现象的超声导波相对于超声体波具是一个重要的步骤,因为频散曲线携带了丰富的有很多优良性质,因而在无损检测和评估等领域信息,并且是换能器参数和结构设计以及选择导中受到越来越多的关注。常见的超声导波包括在波检测工作点的基本依据;以位移和应力等物理弹性平板中传播的Lamb波和水平切变(shear量沿管壁厚度方向分布为表征的波结构同样影响工作点的选择。管道周向SH导波的频散和波结horizontal,SH)导波、在半无限弹性体表面传播
7、构特性以及这些特性和平板SH导波相应特性的的表面波、在两种弹性体交界处传播的界面波等。对比研究是本文的主要内容。此外,在周向SH平板SH导波在传播过程中质点的偏振方向与板导波频散特性推导中还提出了传播方向弧长的修的表面平行,该特点决定了SH导波在边界上反正算法,相对已有文献的研究结果,这种修正处理射时不会发生波类型的转换,这样检测信号的分可以提高频散曲线计算的准确度。析和处理更容易,因而SH导波在基于超声导波[1O3]的无损检测领域具有良好的应用前景。1管道周向SH导波频散方程和频散曲线在管道壁圆周方向上可以存在和平板SH导图1给出了管道周向几何模型的坐标系定义[4]波类似的
8、周向传播SH导波,并且同样具有界和质点位移方向,θ、r和z是3个坐标轴方向。这面反射无波形转换的优点,对这种管道周向SH里考察的是具有自由内表面、外表面的弹性各向导波的传播特性的研究对于管道的无损检测具有同性管道周向波导。θ方向即管道圆周切向方向重要意义。文献[5]中给出了在管道轴向裂纹检是周向SH导波传播的方向。a、b分别为管道内半测中使用周向SH导波的应用研究。径、外半径。根据SH导波的特点,在管道周向坐收稿日期:2008—01—24标系中只有z方向的位移uz不为0。基金项目:国家863高技术发展研
