换热管缺陷扭转模态导波检测的仿真研究.pdf

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1、换热管缺陷扭转模态导波检测的仿真研究从明，武新军。孙鹏飞，吴莲锋(1．华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉430074；2．柳州欧维姆机械股份有限公司，广西柳州545005)摘要：换热管作为换热器的关键部件之一，对其进行检测至关重要。扭转模态T(O，1)超声导波具有无频散特性，在换热管检测中有广阔的应用前景。采用ANSYS有限元方法对T(0，1)模态导波检测进行仿真研究，为克服在ANSYS中Solid164单元无旋转自由度而无法加载转角或扭矩的问题，提出了通过施加刚体转动间接激励(0，1)模态导波的方法。研究了转角加载和扭矩加

2、载两种不同激励方式，仿真结果表明两种激励方式都可以成功激励出(0，1)模态导波，缺陷定位准确，且扭转模态导波在弯管中衰减更大。关键词：导波检测；换热管；扭转波；U形管；刻槽中图分类号：TH49；TG115．28文献标志码：B文章编号：1001—4837(2014)05—0065—04doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2014．05．010SimulationResearchonDefectDetectionofHeatExchangerTubesBasedonTorsionalGuidedWaveCONGM

3、ing，WUXin—jun，SUNPeng—fei，WULian—feng(1．SchoolofMechanicalScienceandEngineering，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wu—han430074，China；2．LiuzhouOuweimuMachineryCo．，Ltd．，Liuzhou545005，China)Abstract：Itisimportanttoinspectheat‘exchangertubes，whicharekeycomponentsof

4、aheatexchanger．Recently，theguidedwaveofT(0，1)modeisusedtorealizingalongrangeinspectionofheatexchangertubesduetoitsadvantageofnon—dispersion．Theinspectionprocessoftorsionalguidedwavesissimula—tedinANSYSsoftwareusingfiniteelementmethod．AnewmethodtogeneratetheT(0，1)modeg

5、uidedwaveinthefiniteelementmodelispresent．Oneendofthetubeissetasarigidbody．Byapplyingallan—gleortorqueontherigidbody，guidedwavesofT(0，1)modeCallbegenerated．Moreover，thepropaga—tionoftheT(O，1)modeguidedwaveinacurvedpipeisanalyzedbasedontheabovemode1．Simulationresultssh

6、owthatdefectsarelocatedaccuratelyalthoughtheT(O，1)modeguidedwavehasagreaterat—tenuationinthecurvedpipe．Keywords：guidedwavedetection；heatexchangertubes；torsionalwave；U—tubes；notch基金项目：国家重大科学仪器设备开发专项(2o12YQO9O175o2)；国家自然科学基金(51205148)·65·换热管缺陷扭转模态导波检测的仿真研究型，在换热管端部连接一段同心

7、圆环状刚体，通过0引言限制刚体的自由度，使其只能绕换热管轴线方向转动。在刚体E施加转角载荷或扭矩载荷，由刚换热器是化_L、石油、食品及其他许多工业部体转动带动换热管运动，间接激励出轴对称扭转门的通刚设备，在生产中占有重要地位。换热管模态导波。作为两种热交换物料的媒介，是换热器的重要部件。由于换热管受物料冲刷、气蚀和腐蚀因素等换热管影响，长期使用会出现管壁减薄、应力腐蚀、点蚀等常见缺陷，给产品质量和生产安全带来隐患。因此，换热管定期检测成为研究的热点。目前，应用于换热管检测的方法主要有：旋转超声法、漏磁法、涡流法等㈠j，上述方法都需

8、要传感器穿过换热管，存在检测效率低，且对换热管内壁清洗要求高等不足。超声导波由于具有单点激励长距离检测的特点，可在换热管端部激励实现整管检测。该方法具有检测速度快、清洗要求低等优点，开始图1扭转模态导波激励结构应用于换热管检测。其中，T(0，1)模