金属小径管外壁裂纹的内检式电磁超声导波检测

探究了基于内检式电磁超声导波检测的金属小径管外壁裂纹定量评估方法。基于三维有限元仿真,在确定激励中心频率和激励波形的基础上,对金属小径管的超声导波检测进行数值仿真,通过改变裂纹缺陷的长度和径向深度,分析并获取检测信号对外壁裂纹的响应特性及规律。同时,搭建管件电磁超声导波检测试验平台,获取管件不同尺寸缺陷的电磁超声导波检测响应信号。试验结果表明,管件外壁裂纹深度越深,检测信号中的缺陷回波面积越大,内检式电磁超声导波可有效对金属小径管外壁裂纹进行定量检测。

金属小径管损伤电磁超声导波检测的高效混合仿真方法及导波换能器可行性研究

金属小径管广泛应用于航空航天、化工等工程领域关键结构中,对其进行定期无损检测至关重要。作为一种先进电磁无损检测方法,电磁超声导波检测在金属小径管损伤定量评估中具有优势。目前,金属管道缺陷电磁超声导波检测的仿真主要采用有限元等数值模拟方法,涉及电磁场和结构场计算。然而,电磁超声导波检测通常采用激励电流的频率为几百千赫兹,在管道中激发的涡流趋肤深度极小,导致仿真需大量网格进行求解域剖分以确保仿真精度,检测信号计算时间较长。鉴于此,提出一种集成解析法和有限元法的金属小径管缺陷电磁超声导波检测混合仿真方法,采用解析法求解电磁场相关场量,将所求洛伦兹力导入有限元仿真中求解结构场,实现电磁场量和结构场量的快速计算,高效求取检测信号,对金属小径管缺陷定位时,精度高达约98%。在通过全有限元仿真验证所提混合仿真方法正确性的基础上,结合系列仿真和试验研究,对所提导波换能器激发的超声导波模态进行了识别,对该换能器在金属小径管损伤检测和定位方面进行了可行性验证。

金属管件外检式电磁超声导波换能器电磁场量的解析计算式

电磁超声导波检测具有检测精度高、适合高温检测、无需耦合剂等优势,已成为无损检测领域中重要的检测技术。电磁超声导波检测的核心部件是电磁超声导波换能器。本文针对一种非铁磁性金属小径管外检式电磁超声导波换能器,基于扩展截断区域特征函数展开法(ETREE)分别推导偏置磁场奇对称、偶对称,暂态电磁场奇对称、偶对称及四种组合形式下(偏置磁场奇对称与暂态电磁场偶对称组合、偏置磁场奇对称与暂态电磁场奇对称组合、偏置磁场偶对称与暂态电磁场奇对称组合、偏置磁场偶对称与暂态电磁场偶对称组合)的电磁场量解析计算式。通过与有限元仿真结果进行对比,发现四种组合情况下解析计算式求解得到的洛伦兹力与有限元仿真(FEM)所得结果吻合,相对误差小于5%,且求解时间更短,验证了本文所提解析计算式的正确性及高效性。