斜入射SH波厚壁管道内壁裂纹检测方法

发布时间：2021-06-17 13:07

　　厚壁管道常被用于军事装备及其他流程工业中,长期使用后内壁会产生较多微裂纹,成为影响构件安全运行的重大隐患。为此,该文针对厚壁管道内壁裂纹难以检测的问题,提出基于斜入射SH波的厚壁管道检测方法,对厚壁管道内壁不同深度的裂纹进行检测。首先对斜入射SH波的激励原理进行分析,建立声场模型优选激励频率,研究斜入射SH波与厚壁管道内壁裂纹径向深度的作用规律,并通过实验对仿真结果进行验证。研究结果表明,斜入射SH波对该型管道最佳检测频率为1 MHz;随着裂纹径向深度增加,缺陷回波幅值呈现曲折型上升;斜入射SH波可对厚壁管道内壁轴向长8 mm、径向深1 mm和周向宽1 mm的微裂纹进行有效检测,验证了斜入射SH波厚壁管道内壁裂纹检测方法的科学性和可行性。 

【文章来源】：应用声学. 2020,39(05)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

洛伦兹力斜入射SH波工作机理

斜入射SH波的检测效果与激励频率密切相关，因此需要对斜入射SH波的声场特性进行分析，选择合适的激励频率。在COMSOL Multiphysics软件中建立半径100 mm、高10 mm的半圆柱体固体力学频域模型，为了模拟斜入射SH波在厚壁管道中的传播，在其圆心建立长40 mm的弧面区域，曲率与外径205 mm厚壁管道相同，在弧面上与永磁体尺寸相同区域交替加载大小相同、方向相反的载荷，一方面可以模拟EMAT探头在激励斜入射SH波时产生的交替作用的洛伦兹力，另一方面可以降低仿真模型的运算量。永磁体宽度为3 mm，长度为8 mm，相邻永磁体中心间距d取3.2 mm，仿真模型力学参数如表1所示，仿真模型如图2所示。在斜入射SH波激励有限元模型中，试样中形成的斜入射SH波幅值受计算时间步长和网格尺寸的影响，当计算时间步长不大于1/(100×f)、最大网格大小不大于λ/10时，有限元结果收敛，仿真结果准确可靠[16]。因此计算时间步长取0.1μs，最大网格取0.6 mm，得到声压分布如图3所示。

对较大半圆弧面进行积分得到径向位移极值如图4所示。由图4可知，随着激励频率增加，斜入射SH波主瓣束向性变好，径向位移极值增加，并在频率为1 MHz时达到极值。但随着频率继续增加，主瓣径向位移逐渐减小，旁瓣能量随之增加，对主瓣能量进行干扰，影响检测效果。因此，斜入射SH波的检测频率取1 MHz较为合适，此时主瓣能量最高，束向性较好，旁瓣能量适中，适宜对厚壁管道进行检测。图4 不同频率径向位移极值

【参考文献】：
期刊论文
[1]非铁磁性金属材料螺旋线圈电磁超声换能器接收效率场路耦合分析[J]. 石文泽,吴运新,龚海,张涛,谭良辰,韩雷.  中南大学学报(自然科学版). 2017(12)



本文编号：3235252