基于超声导波的管道轴向裂纹检测方法研究

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超声导波因具备检测范围大、距离长等优点,得到了国内外研究学者的高度关注,目前也是无损检测领域研究的热点与难点。近年来,这一技术也在工业管网的缺陷检测中得到应用。然而,受管网结构复杂性的影响,该技术实际应用的相关方法理论仍未完善、技术实施的诸多共性问题仍待解决。在这一背景之下,本文从理论分析、数值模拟和实验分析等方面着手,探索管道结构对轴向裂纹检测的影响和大直径管道轴向裂纹检测的方法。  在工程实际中,受流体冲刷、流向改变以及工业管网服役时的苛刻工况等因素影响,管道弯头处极易产生轴向裂纹缺陷。鉴于此,本文针对不同结构小直径管道弯头处裂纹检测所面临的难题,以T(0,1)导波为工具,首先通过数值模拟的技术手段来探究T(0,1)在不同结构管道弯头的传播特性。在此基础上,通过大量实验研究建立了管道结构(包括45°、90°、135°弯头)与裂纹检测灵敏度之间的映射关系,并利用STFT方法从时—频域研究T(0,1)模态经过弯头时的模态转换现象,为实际工程中导波在不同结构管道弯头的轴向裂纹检测提供方法与理论支撑。模拟与实验结果一致表明,T(0,1)模态对弯头旁侧裂纹最敏感;随着弯头角度向90°靠近,弯头裂纹的检测灵敏度会降低;弯头的角度越小,T(0,1)模态穿过弯头的模态转换现象越严重,其能量衰减也越严重;T(0,1)模态在遇到弯头处的轴向裂纹时,转换成了F(1,2)模态。  另一方面,大直径管道由于受高压、热疲劳等作用,管体极易出现轴向裂纹。因此不单要对其进行轴向上的定位,在距离较长的周向上对裂纹进行定位也极为关键。针对该难点,本文对其检测方法进行了探索,并提出了以T(0,1)模态与周向兰姆波相结合的检测方法,实现了大直径管道轴向裂纹的轴向和周向定位,实验结果证明了提出检测方法的有效性,为工程中大直径管道轴向裂纹的检测和定位提供借鉴意义。
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