弯管中超声导波的模态分析及其缺陷检测

发布时间：2020-07-05 04:35

【摘要】：近年来,超声导波无损检测技术由于传播距离远、检测速度快、衰减小、效率高等优点,而且检测时无须剥离包覆层,能进行高温检测,能检测管道整个截面的信息,已逐渐成为管道无损检测技术研究与发展的重要方向。为了指导超声导波无损检测技术在实际检测中的应用,本文利用ANSYS有限元分析软件数值模拟L(0,2)导波在直管和弯管中的传播特性,以及检测直管和弯管中的裂纹缺陷。根据超声导波的频散特性和模态转换现象,本文选择纵向模态L(0,2)导波作为管道缺陷检测的模态导波。首先,对超声导波的传播特性进行分析:对直管和弯管中的L(0,2)导波传播进行可视化模拟,通过对比发现导波经过管道弯曲部分时,发生了模态转换现象;当弯管材料物性发生变化时,L(0,2)导波的透射系数发生变化,从其透射系数曲线可以发现激发频率在(80~95)k Hz时,L(0,2)导波的透射系数相对较高,从理论上表明更适合检测弯管中的缺陷。其次,对含不同尺寸裂纹缺陷的直管和弯管进行模拟研究;发现相同尺寸的直管裂纹缺陷反射回波信号比弯管裂纹缺陷反射回波信号强,说明管道弯曲部分会阻碍导波的传播;随着裂纹缺陷尺寸的增大,其反射回波信号也增强。当管道材料物性发生变化时,从模拟计算结果看,发现裂纹缺陷反射回波信号强度和端面反射回波信号强度都发生改变,有的甚至出现模态转换现象。最后,模拟温度在20°C、100°C、300°C和500°C四种情况下管道的裂纹缺陷,发现温度升高,导波波速会变小,并且发生模态转换现象。本文基于数值模拟研究L(0,2)导波在直管和90°弯管中的一些传播特性以及检测裂纹缺陷的一些数据,为管道检测的工程应用提供了重要理论依据。
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG115.285

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本文编号：2742093