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Detection of internal crack growth in polyethylene pipe using guided wave ultrasonic testing
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作者 Jay Kumar Shah Hao Wang Said El-Hawwat 《Earthquake Engineering and Engineering Vibration》 SCIE EI CSCD 2024年第2期319-329,共11页
Despite the success of guided wave ultrasonic inspection for internal defect detection in steel pipes,its application on polyethylene(PE)pipe remains relatively unexplored.The growth of internal cracks in PE pipe seve... Despite the success of guided wave ultrasonic inspection for internal defect detection in steel pipes,its application on polyethylene(PE)pipe remains relatively unexplored.The growth of internal cracks in PE pipe severely affects its pressure-holding capacity,hence the early detection of internal cracks is crucial for effective pipeline maintenance strategies.This study extends the scope of guided wave-based ultrasonic testing to detect the growth of internal cracks in a natural gas distribution PE pipe.Laboratory experiments and a finite element model were planned to study the wave-crack interaction at different stages of axially oriented internal crack growth with a piezoceramic transducer-based setup arranged in a pitch-catch configuration.Mode dispersion analysis supplemented with preliminary experiments was performed to isolate the optimal inspection frequency,leading to the selection of the T(0,1)mode at 50-kHz for the investigation.A transmission index based on the energy of the T(0,1)mode was developed to trace the extent of simulated crack growth.The findings revealed an inverse linear correlation between the transmission index and the crack depth for crack growth beyond 20%crack depth. 展开更多
关键词 polyethylene pipes internal cracks guided wave ultrasonic testing torsional modes finite element modeling
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Defects detection in typical positions of bend pipes using low-frequency ultrasonic guided wave 被引量:1
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作者 罗更生 谭建平 +1 位作者 汪亮 许焰 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第10期3860-3867,共8页
In order to analyze the possibility of detecting defects in bend pipe using low-frequency ultrasonic guided wave, the propagation of T(0,1) mode and L(0,2) mode through straight-curved-straight pipe sections was studi... In order to analyze the possibility of detecting defects in bend pipe using low-frequency ultrasonic guided wave, the propagation of T(0,1) mode and L(0,2) mode through straight-curved-straight pipe sections was studied. FE(finite element) models of bend pipe without defects and those with defects were introduced to analyze energy distribution, mode transition and defect detection of ultrasonic guided wave. FE simulation results were validated by experiments of four different bend pipes with circumferential defects in different positions. It is shown that most energy of T(0,1) mode or L(0,2) mode focuses on extrados of bend but little passes through intrados of bend, and T(0,1) mode or L(0,2) mode is converted to other possible non-axisymmetric modes when propagating through the bend and the defect after bend respectively. Furthermore, L(0,2) mode is more sensitive to circumferential notch than T(0,1) mode. The results of this work are beneficial for practical testing of pipes. 展开更多
关键词 缺陷检测 超声导波 弯管 位置 低频 弯曲管道 有限元模型 应用
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DETECTION OF LONGITUDINAL DEFECT IN PIPES USING TORSIONAL MODES 被引量:7
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作者 LIU Zenghua WU Bin HE Cunfu YANG Shiming WANG Xiuyan 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2006年第1期146-150,共5页
The multi-modes and disperse characteristics of torsional modes in pipes are investigated theoretically and experimentally. At all frequencies, both phase velocity and group velocity of the lowest torsional mode T(0,... The multi-modes and disperse characteristics of torsional modes in pipes are investigated theoretically and experimentally. At all frequencies, both phase velocity and group velocity of the lowest torsional mode T(0,1) are constant and equal to shear wave velocity. T(0,1) mode at all frequencies is the fastest torsional mode. In the experiments, T(0,1) mode is excited and received in pipes using 9 thickness shear vibration mode piezoelectric ceramic elements. Furthermore, an artificial longitudinal defect of a 4 m long pipe is detected using T(0,1) mode at 50 kHz. Experimental results show that it is feasible for longitudinal defect detection in pipes using T(0,1) mode of ultrasonic guided waves. 展开更多
关键词 Torsional mode Pipe Longitudinal defect Detection Ultrasonic guided waves
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正交匹配追踪优化稀疏频散Radon变换多模式导波分离方法
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作者 郑书航 陈洪磊 +2 位作者 凌非尧 许凯亮 他得安 《声学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期371-380,共10页
原始频散Radon变换(DRT)方法中的有限孔径效应以及算子非正交性影响了DRT导波信号参数提取的精度,因此提出了一种稀疏频散Radon变换方法以实现更精确的导波混叠模式分离和参数估计。该方法基于导波信号的参数域稀疏性,引入正交匹配追踪... 原始频散Radon变换(DRT)方法中的有限孔径效应以及算子非正交性影响了DRT导波信号参数提取的精度,因此提出了一种稀疏频散Radon变换方法以实现更精确的导波混叠模式分离和参数估计。该方法基于导波信号的参数域稀疏性,引入正交匹配追踪算法构造代价函数,经多次迭代在频散Radon域中获得稀疏能量谱,可精确分离阵列导波信号中的混叠模式并去噪。对不同信噪比下各模式仿真信号,稀疏DRT方法的信号重建误差较原始频散Radon变换方法下降51.1%。仿真和实验验证了所提算法在导波模式参数提取和混合模式分离方面的可靠性。 展开更多
关键词 超声导波 模式分离 频散Radon变换 正交匹配追踪
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基于超声导波的钢管杆件损伤探测模拟
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作者 曹栋 顾征宇 +2 位作者 潘钻峰 王皓 杨毅超 《建筑钢结构进展》 CSCD 北大核心 2024年第5期66-72,共7页
为研究网架结构中钢管杆件损伤缺陷检测的问题,选择在杆端施加位移的方式进行有限元分析。考虑超声导波需要具有在特定频率范围内不发生频散的特征,选择L(0,2)模态超声导波开展无损检测。分析了适用于钢管无损检测的导波信号频率和信号... 为研究网架结构中钢管杆件损伤缺陷检测的问题,选择在杆端施加位移的方式进行有限元分析。考虑超声导波需要具有在特定频率范围内不发生频散的特征,选择L(0,2)模态超声导波开展无损检测。分析了适用于钢管无损检测的导波信号频率和信号周期特征,利用L(0,2)模态超声导波进行了不同圆周夹角的周向缺陷和不同长度轴向缺陷的导波检测。有限元分析结果表明,考虑多模态叠加和最大反射率的影响,频率为70 kHz周期为10的Hanning正弦信号激励的超声导波适用于钢管杆件的缺陷检测;当钢管缺陷宽度与深度不变时,周向损伤占圆周的比值与信号平均反射率成线性正比关系。对于杆件的轴向裂纹检测,可以利用信号反射率与裂纹宽度的关系进行对比判断。 展开更多
关键词 超声导波 无损检测 网架结构 钢管杆件 L(0 2)模态 周向缺陷 轴向缺陷
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基于频域合成孔径聚焦的输电线路钢管杆超声导波成像检测
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作者 张鹏 徐贵 +3 位作者 赵拥华 周胜堃 薛有强 吕福在 《声学技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期362-368,共7页
输电线路钢管杆结构是一种带有拔梢斜度的大口径薄壁管,超声导波周向B扫描检测传感器激发的超声导波在钢管杆传播过程中存在波束扩散现象。为了解决钢管杆超声导波检测过程中波束扩散导致周向检测分辨率降低的问题,提出了一种钢管杆超... 输电线路钢管杆结构是一种带有拔梢斜度的大口径薄壁管,超声导波周向B扫描检测传感器激发的超声导波在钢管杆传播过程中存在波束扩散现象。为了解决钢管杆超声导波检测过程中波束扩散导致周向检测分辨率降低的问题,提出了一种钢管杆超声导波频域合成孔径聚焦方法(Synthetic Aperture Focusing Technique,SAFT)。采用文中构建的超声导波合成孔径成像检测装置对直径为608 mm的钢管杆进行超声导波扫查,可获得周向B扫描图像和频域合成孔径聚焦图像。对比钢管杆周向B扫描图像和频域合成孔径聚焦图像,频域合成孔径聚焦图像中散射体和通孔的周向检测分辨率明显优于B扫描图像,文章提出的钢管杆超声导波频域合成孔径聚焦方法能够显著改善超声导波周向检测分辨率。 展开更多
关键词 频域合成孔径聚焦 超声导波 钢管杆
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PROPAGATION CHARACTERISTICS OF HIGH ORDER LONGITUDINAL MODES IN STEEL STRANDS AND THEIR APPLICATIONS 被引量:5
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作者 Zenghua Liu Su Liu Bin Wu Yinong Zhang Cunfu He 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 2008年第6期573-579,共7页
Propagation characteristics of high order longitudinal modes of ultrasonic guided waves in seven-wire steel strands are investigated theoretically and experimentally. According to these analysis results, proper longit... Propagation characteristics of high order longitudinal modes of ultrasonic guided waves in seven-wire steel strands are investigated theoretically and experimentally. According to these analysis results, proper longitudinal modes are selected for defect detection in steel strands. Dispersion curves for helical and central wires in a 17.80 mm nominal diameter seven-wire steel strand are numerically obtained firstly, and propagation characteristics of high-order longitudinal modes, such as wave structures, attenuation and dispersion, are analyzed. In experiments, the signals of ultrasonic guided wave at different high frequencies are excited and received at one end of a steel strand by using the same single piezoelectric transducer. The identification of longitudinal modes in the received signals is achieved based on short time Fourier transform. Furthermore, appropriate L(0, 5) mode at 2.54 MHz is chosen for detecting an artificial defect in a helical wire of the steel strand. Results show that high order longitudinal modes in a high frequency range with low dispersion and attenuation whose energy propagates mainly in the center of the wires can be used for defect detection in long range steel strands. 展开更多
关键词 steel strand ultrasonic guided waves longitudinal modes DISPERSION ATTENUATION
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聚脲防腐管道中超声导波的缺陷检测研究 被引量:1
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作者 梁灏然 武静 +3 位作者 刘锋 郑明方 刘仲铭 马宏伟 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期296-304,共9页
聚脲涂料作为近些年发展起来的新型防腐材料,现已广泛应用于管道内外壁的防腐保护。为了克服传统超声波检测效率低的短板,提出了超声导波检测技术对聚脲防腐管道中裂纹损伤的检测应用设想,利用数值仿真的方式对此展开研究。通过分析聚... 聚脲涂料作为近些年发展起来的新型防腐材料,现已广泛应用于管道内外壁的防腐保护。为了克服传统超声波检测效率低的短板,提出了超声导波检测技术对聚脲防腐管道中裂纹损伤的检测应用设想,利用数值仿真的方式对此展开研究。通过分析聚脲防腐管道的解析模型,借助有限元分析软件Abaqus,建立黏弹性-弹性复合材料的三维圆柱模型,并模拟不同激励频率下L(0,2)模态导波在其中的传播状态。结合频散和衰减特性两方面的研究,获取优化的激励频率,并对聚脲防腐管道进行不同类型缺陷检测的仿真分析和实验验证。研究结果表明,数值仿真结果与实验验证基本吻合,说明了超声导波对聚脲防腐管道的缺陷检测方法有效,同时也可实现对缺陷定位分析。 展开更多
关键词 超声导波 聚脲防腐管道 数值仿真 优化频率 缺陷检测
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超声导波在管中传播的理论分析与试验研究 被引量:48
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作者 王秀彦 王智 +2 位作者 焦敬品 吴斌 何存富 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期11-16,共6页
采用分布式PZT传感器在管中激励和接收超声导波。根据在管状波导中传播的超声波具有频散现象及多模态特征,选择具有单一频率的特定信号激励超声波,使其频散最小;同时采用分布式传感器抑制不同模态的波型。其试验结果与理论预测相吻合。
关键词 超声导波 频散 模态 管道 无损检测 PZT传感器
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超声导波检测技术的发展、应用与挑战 被引量:123
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作者 何存富 郑明方 +7 位作者 吕炎 邓鹏 赵华民 刘秀成 宋国荣 刘增华 焦敬品 吴斌 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1713-1735,共23页
回顾了近三十年的超声导波技术发展及应用,阐述了导波的频散现象及其求解方法,深入分析了导波激励的力学加载原理和模态选择原则。论述了导波的传感激励方法与装置,并比较了各种激励接收方法的特点与应用场合。对超声导波在板类、管类... 回顾了近三十年的超声导波技术发展及应用,阐述了导波的频散现象及其求解方法,深入分析了导波激励的力学加载原理和模态选择原则。论述了导波的传感激励方法与装置,并比较了各种激励接收方法的特点与应用场合。对超声导波在板类、管类和复合材料中的应用进行了评述,并从提高缺陷检测能力的角度,介绍了时间反转法和相控阵法在超声导波技术中的应用。最后总结了当前导波技术面临的机遇与挑战。 展开更多
关键词 超声导波 无损检测 频散 时间反转 相控阵 模态 缺陷
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超声柱面导波技术及其应用研究进展 被引量:125
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作者 何存富 吴斌 范晋伟 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2001年第2期203-214,共12页
综述无损检测中的超声柱面导波技术及其应用研究进展.给出导波的频散及多模式特征,着重评述超声导波的模式和频率选择、导波的激励和接收方法、导波与缺陷的相互作用、信号处理与特征提取以及导波技术在无损检测中的应用前景.
关键词 超声导波 频散 管道 无损检测
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基于超声导波技术对钢杆表面缺陷的无损检测研究 被引量:30
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作者 吴斌 李隆涛 +3 位作者 王秀彦 于海群 李涌 何存富 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2003年第5期149-154,共6页
研究了圆柱钢杆内导波的传播及其频散特性。通过实验验证了杆中“直达纵波”这一现象并对其进行了分析,同时利用所建立的实验系统,对2320mm长圆柱钢杆表面的人工缺陷进行了检测。结果表明,在特定频率处,选择L(0,1)模态的超声导波检测钢... 研究了圆柱钢杆内导波的传播及其频散特性。通过实验验证了杆中“直达纵波”这一现象并对其进行了分析,同时利用所建立的实验系统,对2320mm长圆柱钢杆表面的人工缺陷进行了检测。结果表明,在特定频率处,选择L(0,1)模态的超声导波检测钢杆中的缺陷是可行的。 展开更多
关键词 超声导波 频散 钢杆 无损检测
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基于超声导波技术对弯管中缺陷检测的实验研究 被引量:21
13
作者 何存富 刘增华 +2 位作者 孙雅欣 王秀彦 吴斌 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第18期1662-1665,共4页
利用超声导波技术在弯管中进行了缺陷检测的实验研究。利用周向均布的长度伸缩型压电陶瓷片激励特定频率的纵向模态L(0,2),对90°弯管中的人工周向缺陷和结构缺陷等进行了检测,分析了周向缺陷尺寸的变化对缺陷回波和端面回波幅值大... 利用超声导波技术在弯管中进行了缺陷检测的实验研究。利用周向均布的长度伸缩型压电陶瓷片激励特定频率的纵向模态L(0,2),对90°弯管中的人工周向缺陷和结构缺陷等进行了检测,分析了周向缺陷尺寸的变化对缺陷回波和端面回波幅值大小的影响。对弯管中同时存在多个缺陷的情况进行了研究。实验结果表明,超声导波检测技术可以用于弯管中不同部位和不同类型的缺陷检测,这为利用超声导波对更加复杂的管道系统中缺陷检测作了有益探索。 展开更多
关键词 超声导波 缺陷 弯管 模态
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超声导波在管材中的传播特性 被引量:45
14
作者 他得安 刘镇清 田光春 《声学技术》 CSCD 2001年第3期131-134,共4页
文中简要地介绍了近年来超声导波在管中的研究现状 ,并对导波在管中的传播特性以及管材内径与壁厚之比变化时 ,对导波频散特性的影响进行了分析。结果表明 :管材的内径与壁厚比变化时将对管中导波的模式行为产生很大的影响。当内径与壁... 文中简要地介绍了近年来超声导波在管中的研究现状 ,并对导波在管中的传播特性以及管材内径与壁厚之比变化时 ,对导波频散特性的影响进行了分析。结果表明 :管材的内径与壁厚比变化时将对管中导波的模式行为产生很大的影响。当内径与壁厚之比很大时 ,圆管中波的模式行为与同厚度板中波的模式行为基本相同 。 展开更多
关键词 管材 传播特性 超声导波 频散特性 超声检测 缺陷检测
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超声导波管道检测中导波模态及频率的选择 被引量:20
15
作者 李一博 靳世久 +2 位作者 孙立瑛 宋志东 张元凯 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第B06期143-147,共5页
长距离管道超声导波检测技术是一种新的管道无损检测技术,可以对常规方法无法接近的管道进行快速检测,工程应用前景非常广阔.本文对管道超声导波检测过程中传感器的数量和布置间距对榆出导波信号的影响进行了讨论,并以纵向轴对称导波L(... 长距离管道超声导波检测技术是一种新的管道无损检测技术,可以对常规方法无法接近的管道进行快速检测,工程应用前景非常广阔.本文对管道超声导波检测过程中传感器的数量和布置间距对榆出导波信号的影响进行了讨论,并以纵向轴对称导波L(0,2)为例,就导波模态及频率的选择对检测效果及一次性检测长度的影响进行了研究.综合多方因素选择的最优试验频率即可作为现场管道试验的检测频率. 展开更多
关键词 超声导波 压电传感器 导波模态 最优频率
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基于振动模态分析的钢轨中超声导波传播特性数值计算方法 被引量:20
16
作者 何存富 刘青青 +2 位作者 焦敬品 刘飞 吴斌 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期9-13,共5页
针对钢轨等复杂异型波导结构中超声导波频散特性难于求解的问题,通过振动模态分析提取出钢轨中超声导波传播特性。基于振动特征频率和波动解互相转化的原理,将振动模态分析获得的特征频率解,转换成波动解,进而提取出钢轨的频散特性。同... 针对钢轨等复杂异型波导结构中超声导波频散特性难于求解的问题,通过振动模态分析提取出钢轨中超声导波传播特性。基于振动特征频率和波动解互相转化的原理,将振动模态分析获得的特征频率解,转换成波动解,进而提取出钢轨的频散特性。同时,还可以由结构振动分析中获得的变形信息,计算出超声导波的波结构。通过对计算出的钢轨中低阶超声导波模态频散特性和波结构分析,选择出适合钢轨无损检测的超声导波模态类型和频率范围,为后续专用超声导波传感器设计和检测实验提供理论支持。 展开更多
关键词 模态分析 特征频率法 钢轨 超声导波 频散特性 波结构
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管道周向导波检测技术研究进展及展望 被引量:16
17
作者 李子明 何存富 +2 位作者 刘增华 吴斌 陈洪磊 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期641-657,共17页
周向导波检测技术是超声无损检测和弹性动力学研究的重要领域之一,综述了周向导波检测技术及其应用研究进展.首先介绍了周向导波的分类、频散特性、主要激励方式以及薄壁管道中周向导波与板中导波的关系;简述了多层管道中的周向导波的... 周向导波检测技术是超声无损检测和弹性动力学研究的重要领域之一,综述了周向导波检测技术及其应用研究进展.首先介绍了周向导波的分类、频散特性、主要激励方式以及薄壁管道中周向导波与板中导波的关系;简述了多层管道中的周向导波的研究进展.在此基础上,着重讲述了周向导波的传感技术、数值分析以及工程应用进展.最后,对周向导波检测技术进行了总结与展望. 展开更多
关键词 周向导波 管道 频散 缺陷 模态
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传感器在管道超声导波检测中的应用 被引量:23
18
作者 何存富 刘增华 吴斌 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2004年第11期5-8,共4页
管道超声导波检测技术是一种新兴的无损检测方法。利用该技术可以在一点对管道进行快速而全面的检测,节省检测时间,减少劳动强度。而由于导波的频散、多模态特性和管道工作条件、结构尺寸的不同,使得在超声导波检测中对导波的激励方式... 管道超声导波检测技术是一种新兴的无损检测方法。利用该技术可以在一点对管道进行快速而全面的检测,节省检测时间,减少劳动强度。而由于导波的频散、多模态特性和管道工作条件、结构尺寸的不同,使得在超声导波检测中对导波的激励方式和传感器的使用要求也不尽相同。传感器的选择对管道超声导波检测的实现十分重要。简要回顾了五种不同类型传感器在管道导波检测中的工作机理、特性及其应用。 展开更多
关键词 管道 超声导波 检测时间 频散 多模态 使用要求 工作机理 传感器 结构尺寸 检测技术
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L(0,2)模态导波检测弯管缺陷的数值模拟和实验研究 被引量:16
19
作者 罗更生 谭建平 +1 位作者 卢超 郑明方 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期3029-3036,共8页
针对低频超声导波纵向模态L(0,2)在弯管中传播的复杂性和对弯头典型部位缺陷检测的难度,目前尚未深入研究该模态在弯管处传播的能量分布特性和弯头拱背处典型缺陷的检测。采用数值模拟法分析L(0,2)模态在5种不同曲率半径钢制弯管中的传... 针对低频超声导波纵向模态L(0,2)在弯管中传播的复杂性和对弯头典型部位缺陷检测的难度,目前尚未深入研究该模态在弯管处传播的能量分布特性和弯头拱背处典型缺陷的检测。采用数值模拟法分析L(0,2)模态在5种不同曲率半径钢制弯管中的传播特性,从波场快照研究信号能量分布变化,从时域波形研究模态转换;采用实验研究8根不同弯管弯头拱背外侧和内侧环向缺陷、过弯头后直管段缺陷的检测,对比分析L(0,2)模态的缺陷检出能力和模态转换特性。研究结果表明:L(0,2)模态经过弯管时,在弯头拱背外侧发生能量聚焦,该部位缺陷容易检出;在弯头拱背内侧发生信号衰减,导致该部位缺陷易漏检;过弯头以及弯头后直管段缺陷后均发生明显波形转换。研究结论为管道超声导波检测工程应用提供理论指导。 展开更多
关键词 低频超声导波 L(0 2)模态 钢制弯管 波场快照 环向缺陷 模态转换
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超声导波在管道中传播的数值模拟 被引量:36
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作者 何存富 李隆涛 吴斌 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第2期129-133,共5页
为了研究超声导波在管道中的传播特性并从中选择适合于无损检测的导波模态,在弹性动力学理论基础上,分析了超声导波在管道中传播时存在多模态与频散特性;通过编程数值计算了超声导波在管中传播时的频散曲线和各模态沿管壁的位移分布;利... 为了研究超声导波在管道中的传播特性并从中选择适合于无损检测的导波模态,在弹性动力学理论基础上,分析了超声导波在管道中传播时存在多模态与频散特性;通过编程数值计算了超声导波在管中传播时的频散曲线和各模态沿管壁的位移分布;利用数值计算结果以及Fourier分解法,模拟了导波在管道中的传播现象,获得各个模态在传播一定距离后的时域波形.结果表明,在特定频率下,L(0,2)模态导波频散现象较小、传播速度最快,是管道缺陷无损检测的理想模态.数值模拟结果与理论分析相吻合,并且证明此种Fourier分解法可以有效地模拟管道中超声导波的传播特性. 展开更多
关键词 超声导波 频散 无损检测
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