超声导波在管中的频散特性及实验研究

发布时间：2017-03-24 16:12

  本文关键词：超声导波在管中的频散特性及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 管道设备在石油化工、天然气、电力和城市供水系统等部门中有着广泛的应用,但管道腐蚀、裂纹等缺陷引起的泄露无论对经济还是环境,都造成了巨大的损害,也给人们的生活带来很大的不便。相对传统的超声管道无损检测方法,导波检测以其长距离传播、高效率、高灵敏度、低成本等优点,具有很大的优越性。但由于管中导波的频散和多模态特性,模态和检测频率的选择成为导波检测的关键。导波对管的检测中,无论使用轴对称导波还是非轴对称导波,当遇到具有非轴对称性的缺陷时,都会产生弯曲模态的回波。加之在某些检测环境下,由于能触及到的管壁面积有限,这时单探头激励法激发弯曲模态导波则成为比较理想的选择。因此,对单探头激发弯曲模态导波的研究具有重要意义。 本文分析了管中导波纵向、扭转、弯曲三种模态的频散特性。根据实验用不锈钢管中导波的频散曲线选定合适的模态和激发频率。通过测量导波的群速度值来验证激发的模态,进而对管中缺陷进行检测。 通过理论分析和实验研究,得出了以下结论:(1)绘制出了纵向、扭转、弯曲三种模态的相速度和群速度频散曲线,并对其频散特性进行了分析。三种模态的频散特性由其r/d比值决定,但与r、d的具体数值无关。r/d比值的改变对扭转模态的频散特性影响极小。对于L(0,1)模态来说,r/d比值越大,其频散曲线与A_0模态越相近;fd值越大,其相速度与A_0模态的相速度差越小,L(0,2)模态和F(1,3)模态有相似规律。(2)选择L(0,2)及F(n,3)模态为激发模态,1MHz为激发频率,确定31°为声波入射角,在不锈钢管中激发导波。实测导波群速度为5.298km/s,相对理论值的误差为1.61%。(3)在本文实验条件下,可以对φ≥1.2mm的通孔缺陷进行有效检测。
【关键词】：超声导波 管道 频散曲线 频散特性 缺陷检测
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH878.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 课题的研究现状10-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 2 基本理论16-30
• 2.1 超声波的基本概念16-19
• 2.1.1 声阻抗16
• 2.1.2 声衰减16-17
• 2.1.3 超声波在异质界面处的反射与透射17-19
• 2.1.4 声场19
• 2.2 导波的基本概念19-20
• 2.3 管中导波的基本理论20-25
• 2.4 导波的激发与接收25-26
• 2.5 信号处理和特征提取26-27
• 2.6 管道导波技术27-30
• 3 超声导波在管中的频散特性研究30-38
• 3.1 管中导波的频散曲线30-32
• 3.2 壁厚、直径对管中导波频散曲线的影响32-38
• 3.2.1 r/d比值一定,r、d值不同时管中导波的频散特性32-33
• 3.2.2 d值一定,r/d比值不同时管中导波的频散特性33-35
• 3.2.3 r值一定,r/d比值不同时管中导波的频散特性35-36
• 3.2.4 r/d比值不同时,F(1,3)与L(0,2)模态的相互关系36-38
• 4 管中弯曲模态导波的实验研究38-52
• 4.1 实验装置38-40
• 4.2 弯曲模态频散特性及模态选择40-42
• 4.2.1 弯曲模态频散特性40-41
• 4.2.2 激发模态的选择41-42
• 4.3 激发模态的验证42-44
• 4.3.1 探头测试42-43
• 4.3.2 群速度测量43-44
• 4.4 管中弯曲模态导波的能量分布44-46
• 4.4.1 弯曲模态导波沿母线在管壁上的能量分布45
• 4.4.2 弯曲模态导波沿管周向的能量分布45-46
• 4.5 弯曲模态导波缺陷检测研究46-52
• 结论52-53
• 参考文献53-58
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况58-59
• 致谢59-60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：265849