厚壁管道线聚焦斜入射SV波EMAT辐射声场分析

发布时间：2025-01-01 08:13

　　 由于圆弧型检测面的曲率半径对斜入射SV波EMAT辐射声场的影响规律尚不清楚,导致厚壁管道线聚焦斜入射SV波EMAT的缺陷检测能力、缺陷定量/定位精度出现偏差。建立了基于平面/凸面检测面的线聚焦斜入射SV波EMAT的辐射声场有限元模型,研究了凸面检测面的曲率半径、EMAT曲折线圈匝数、设计初始角等因素对辐射声场的主瓣峰值和主瓣宽度的影响规律,并与平面检测面进行了对比。结果表明,与平面检测面相比,凸面检测面起到聚焦超声波的作用,具体表现在聚焦侧主瓣峰值增加22.76%,主瓣宽度减小10.56%。在曲折线圈匝数超过28匝后,线圈匝数的增加对主瓣峰值加强作用有限;当曲率半径为1.485×10^-1 m,线圈设计初始角为10°,曲折线圈匝数由10匝增加至28匝时,线聚焦SV波主瓣峰值增加102.56%,主瓣宽度减小57.99%。

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【部分图文】：

图2 线聚焦斜入射SV波EMAT线圈设计原理

式中:Cs为SV波波速;xi为第i个线圈x坐标;初始角θ为聚焦点与圆心连线和z轴夹角;li为第i个线圈和第i+1个线圈的间距。线源产生的SV波位移μθ(r,θs)垂直于SV波的传播方向,其具体数值描述如下[20]。

图3 单匝导线激发SV波幅值

式中:C是常数;θs为SV波传播方向;ks为SV波波数;λ和μ为兰姆常数,在此分别取58、26GPa。SV波幅值与入射角度之间的关系如图3所示。由图3可知,入射角度为30°时振幅达到峰值,超过30°时幅值急剧下降,并在趋于45°时减为0°。这是因为,在入射角度为30°时,线圈中....

图4 LF-EMAT相邻导线间距

SV波幅值与入射角度之间的关系如图3所示。由图3可知,入射角度为30°时振幅达到峰值,超过30°时幅值急剧下降,并在趋于45°时减为0°。这是因为,在入射角度为30°时,线圈中大部分能量用来产生横波,SV波信号最强。为保证最佳聚焦效果,本文选用19.5°～46.5°的入射角范围下....

图5 凸面线聚焦斜入射SV波有限元模型

式中:k代表线圈每匝导线的序号;ω=2πf为中心频率;n表示正弦脉冲串个数。激励频率为2MHz,采用自由三角形网格,当最大网格不大于λ/10,有限元结果收敛,仿真结果准确可靠[21],因此网格最大单元尺寸设置为3.2×10-4m。

本文编号：4022298