亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        扭轉(zhuǎn)模態(tài)超聲導(dǎo)波在彎管中的檢測(cè)試驗(yàn)

        2019-12-19 08:19:46席光峰棟2劉振東
        無(wú)損檢測(cè) 2019年12期
        關(guān)鍵詞:截止頻率導(dǎo)波焊縫

        谷 濤,席光峰,胡 棟2,張 皓,魏 楊,劉振東

        (1.山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院有限公司,濟(jì)南 250101;2.泰安市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,泰安 271000)

        超聲導(dǎo)波因具有傳播速度快、傳播距離遠(yuǎn)、全結(jié)構(gòu)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離管道的檢測(cè)中[1]。相比埋地管道,超聲導(dǎo)波對(duì)工藝管道、架空管道等地面管道的檢測(cè)具有更好的應(yīng)用效果。在實(shí)際的檢測(cè)任務(wù)中,常常需要檢測(cè)帶有彎頭的管道系統(tǒng),尤其是復(fù)雜的工藝管道中含有眾多的彎頭、三通等結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)的檢測(cè)手段難以完成全結(jié)構(gòu)檢測(cè)。而超聲導(dǎo)波在彎管中的傳播衰減快,并伴隨有模態(tài)轉(zhuǎn)換,在檢測(cè)彎管處的缺陷時(shí)存在較大困難,因此研究超聲導(dǎo)波在這些結(jié)構(gòu)中的傳播規(guī)律具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

        國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)超聲導(dǎo)波在彎管中的傳播進(jìn)行了大量的研究。HAYASHI等[2]采用有限元仿真分析了L(0,2)模態(tài)過(guò)彎頭后的能量衰減率,并證明了超聲導(dǎo)波在彎頭傳播時(shí)會(huì)伴隨模態(tài)轉(zhuǎn)換,從而導(dǎo)致信號(hào)的延時(shí)反射時(shí)間。NISHINO等[3]利用激光超聲系統(tǒng)研究了彎管中的超聲導(dǎo)波傳播規(guī)律,得出 L(0,1)模態(tài)在彎管中會(huì)轉(zhuǎn)換出F(1,1)模態(tài)的結(jié)論。北京工業(yè)大學(xué)的何存富等[4]用壓電陶瓷片在彎頭處激勵(lì)出縱向模態(tài)超聲導(dǎo)波,試驗(yàn)研究了缺陷尺寸對(duì)缺陷回波和端面回波的影響。中南大學(xué)羅更生[5]研究了彎頭拱背內(nèi)側(cè)和外側(cè)、彎頭后直管段的導(dǎo)波缺陷檢測(cè)能力,分析了L(0,2)模態(tài)的缺陷檢出能力和模態(tài)轉(zhuǎn)換特性。周邵萍等[6]研究了L(0,2)模態(tài)超聲導(dǎo)波在 90°彎管中的傳播特性及對(duì)彎管內(nèi)缺陷的檢測(cè)敏感性,發(fā)現(xiàn)彎頭外側(cè)的缺陷更易被檢測(cè)到。上面的研究只針對(duì)了縱波模態(tài),而對(duì)基本沒(méi)有頻散的T(0,1)扭轉(zhuǎn)模態(tài)的研究較少。由于T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波無(wú)頻散,且T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)只包含周向分量而不含徑向和軸向分量,所以在檢測(cè)有液體浸沒(méi)的管道或運(yùn)輸液體的管道時(shí),T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波衰減小,傳播距離遠(yuǎn),因此T(0,1)模態(tài)成為廣泛采用的導(dǎo)波檢測(cè)模態(tài)。國(guó)內(nèi)耿海泉等[7]利用磁致伸縮扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波檢測(cè)傳感器,針對(duì)小管徑管道彎管進(jìn)行檢測(cè),建立了該傳感器的導(dǎo)波激發(fā)和接收模型,指出T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波在管道彎頭處會(huì)發(fā)生模態(tài)轉(zhuǎn)換,部分T(0,1)模態(tài)轉(zhuǎn)換成了F(1,1)模態(tài),并且模態(tài)轉(zhuǎn)換會(huì)造成檢測(cè)信號(hào)的雙端面反射現(xiàn)象。鄭州大學(xué)李陽(yáng)等[8]通過(guò)有限元模擬研究了激勵(lì)頻率、彎曲半徑、彎管角度對(duì)T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波透過(guò)率的影響,發(fā)現(xiàn)不同激勵(lì)頻率的導(dǎo)波在彎管上有不同的透過(guò)率。以上的研究,著重于扭轉(zhuǎn)模態(tài)在彎頭處的模態(tài)轉(zhuǎn)換問(wèn)題,沒(méi)有研究扭轉(zhuǎn)模態(tài)在彎頭缺陷處的檢測(cè)問(wèn)題,以及不同檢測(cè)頻率對(duì)彎頭缺陷檢測(cè)靈敏性的問(wèn)題。

        在前人工作的基礎(chǔ)上,筆者利用磁致伸縮式的扭轉(zhuǎn)模態(tài)的超聲導(dǎo)波,采用頻率為32,64,128 kHz的檢測(cè)信號(hào)分別對(duì)帶有缺陷的彎頭試樣管道進(jìn)行缺陷定位檢測(cè),探究了頻率對(duì)彎管缺陷定位的影響,以及超聲導(dǎo)波經(jīng)過(guò)彎管后能量衰減的問(wèn)題。

        1 扭轉(zhuǎn)模態(tài)超聲導(dǎo)波基本原理

        超聲導(dǎo)波在管道中傳播時(shí),滿足Navier位移平衡方程[9],即

        (1)

        式中:λ,μ為材料的拉梅系數(shù);u為質(zhì)點(diǎn)位移;ρ為材料密度;t為波的傳播時(shí)間。

        根據(jù)Helmholtz分解,將位移u分解為等容矢量勢(shì)函數(shù)H和膨脹標(biāo)量勢(shì)函數(shù)φ,并且·H=0,可得

        u=φ+×H

        (2)

        將式(2)代入式(1)即得式(3)。

        (3)

        式中:c1為膨脹波波速;c2為扭波波速。

        為了簡(jiǎn)化計(jì)算,假設(shè)管道內(nèi)外側(cè)自由邊界為真空,則導(dǎo)波在管道中傳播的邊界條件,如式(4)所示。

        σrR=σrz=σrθ=0 (r=a,r=b)

        (4)

        式中:a,b為管道內(nèi)外半徑;R,z,θ分別為管道徑向,軸向,周向的3個(gè)方向。

        圖1 超聲導(dǎo)波扭轉(zhuǎn)模態(tài)的傳播圖像

        文章利用扭轉(zhuǎn)模態(tài)對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè),扭轉(zhuǎn)模態(tài)的傳播圖像如圖1所示,根據(jù)邊界條件式(4)求解式(3),可得到式(5)。

        (5)

        式中:Cij為頻散方程各項(xiàng)元素的貝塞爾函數(shù)表達(dá)式[10],其具體表達(dá)式如式(6)所示。

        (6)

        經(jīng)過(guò)對(duì)擋肩出現(xiàn)裂紋的軌枕進(jìn)行認(rèn)真觀察,發(fā)現(xiàn)擋肩出現(xiàn)裂紋的軌枕只有一端擋肩處出現(xiàn)裂紋,且出現(xiàn)裂紋側(cè)擋肩均有不同程度的黑色印跡(如圖2所示)。

        2 試驗(yàn)過(guò)程

        2.1 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)材料

        試驗(yàn)裝置為美國(guó)西南研究院研制的磁致伸縮超聲導(dǎo)波MsSR3030R系統(tǒng),該系統(tǒng)利用材料的正逆磁致伸縮效應(yīng),通過(guò)控制外部施加磁場(chǎng)的大小和方向來(lái)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)T(0,1)。

        以材料為20鋼的鋼管為基礎(chǔ)樣管進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn),其規(guī)格(直徑×壁厚)為219 mm×5 mm,兩頭直管段的長(zhǎng)度均為6 m,彎頭為標(biāo)準(zhǔn)彎頭,中心至端面長(zhǎng)半徑為305 mm,短半徑為203 mm,彎頭外弧長(zhǎng)度為650 mm,內(nèi)弧長(zhǎng)度為306 mm,彎曲角度為 90°,在彎頭拱背內(nèi)側(cè)和拱背外側(cè)中心設(shè)置相同的缺陷(半徑為5 mm的通透型缺陷)。樣管及彎頭缺陷位置如圖 2 所示。

        圖2 樣管及彎頭缺陷位置

        T(0,1) 模態(tài)波具有非頻散特性(其頻散曲線見(jiàn)圖3),但應(yīng)滿足一定的限制條件[11],即檢測(cè)管道為單層、各向同性,且檢測(cè)頻率應(yīng)小于模態(tài)的截止頻率。截止頻率的公式如式(7)所示。

        (7)

        式中:fcut-off為截止頻率,kHz;ν為導(dǎo)波波速,m·s-1;T為壁厚,mm。

        圖3 扭轉(zhuǎn)模態(tài)T(0,1)頻散曲線

        20鋼的超聲導(dǎo)波傳播速度約為3 200 m·s-1,由式(7)求得該樣管截止頻率約為 320 kHz,試驗(yàn)選用頻率為32,64,128 kHz的探頭,以自發(fā)自收模式發(fā)射導(dǎo)波,滿足截止頻率的要求,在距樣管彎頭焊縫4 m處布置探頭進(jìn)行檢測(cè),增益設(shè)置為10 dB,系統(tǒng)檢測(cè)采樣頻率為1 000 kHz,脈沖重復(fù)頻率為8 Hz。

        2.2 試驗(yàn)分析

        檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果如圖4~6所示,對(duì)其進(jìn)行以下分析。

        (1) 不同頻率的信號(hào)對(duì)彎頭缺陷檢測(cè)的影響

        圖4 32 kHz探頭的檢測(cè)結(jié)果

        圖5 64 kHz探頭的檢測(cè)結(jié)果

        圖6 128 kHz探頭的檢測(cè)結(jié)果

        (2) 不同位置處的缺陷檢測(cè)效果

        檢測(cè)位置和缺陷位置如圖2所示,檢測(cè)位置距第一個(gè)焊縫4.0 m;彎頭1#缺陷在拱背外側(cè),距檢測(cè)位置4.57 m;彎頭2#缺陷在拱背內(nèi)側(cè),距檢測(cè)位置4.32 m;檢測(cè)位置距第二個(gè)焊縫4.69 m。

        選用64 kHz頻率探頭進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果如圖5所示,發(fā)現(xiàn)拱背外側(cè)的幅值為0.113 V,拱背內(nèi)側(cè)的幅值為 0.073 V,這是因?yàn)門(mén)(0,1) 模態(tài)經(jīng)過(guò)彎頭時(shí)會(huì)在拱背外側(cè)產(chǎn)生能量聚焦,在拱背最外側(cè)處能量最集中;在拱背內(nèi)側(cè)能量會(huì)發(fā)散,導(dǎo)波發(fā)生模態(tài)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生頻散,各頻率波在拱背內(nèi)側(cè)的缺陷反射回波產(chǎn)生延時(shí),以多個(gè)回波的形式顯示出來(lái),拱背最內(nèi)側(cè)信號(hào)幾乎消失,從而嚴(yán)重影響缺陷檢測(cè)信號(hào)的判別。

        (3) 信號(hào)能量的衰減問(wèn)題

        由圖5可知,頻率64 kHz探頭的超聲導(dǎo)波經(jīng)過(guò)兩個(gè)相同的焊縫,信號(hào)在第一個(gè)焊縫處的幅值為0.509 V,經(jīng)過(guò)彎頭后,在第二個(gè)焊縫處的幅值為0.273 V,信號(hào)能量衰減了約一半。其中導(dǎo)波在彎頭拱背內(nèi)側(cè)兩焊縫之間傳播的距離為0.306 m,導(dǎo)波在彎頭拱背外側(cè)兩焊縫之間傳播的距離為0.650 m。

        3 結(jié)語(yǔ)

        (1) 檢測(cè)頻率對(duì)彎頭缺陷檢測(cè)有重要的影響。檢測(cè)頻率低會(huì)導(dǎo)致拱背外側(cè)缺陷和彎頭焊縫處的信號(hào)發(fā)生頻散而難以分離;檢測(cè)頻率高,拱背內(nèi)側(cè)、拱背外側(cè)以及彎頭焊縫處的缺陷信號(hào)能夠分離,但是檢測(cè)到的拱背內(nèi)側(cè)缺陷與拱背外側(cè)缺陷的信號(hào)幅值很小。因此,應(yīng)根據(jù)不同的管道選擇合適的檢測(cè)頻率,或者利用多個(gè)頻率探頭檢測(cè)彎管缺陷。

        (2) T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波經(jīng)過(guò)彎頭時(shí),能量會(huì)在拱背外側(cè)產(chǎn)生聚焦,在拱背內(nèi)側(cè)產(chǎn)生發(fā)散,因此拱背外側(cè)缺陷比拱背內(nèi)側(cè)缺陷更容易檢出。

        (3) 信號(hào)經(jīng)過(guò)彎頭后能量衰減嚴(yán)重,衰減后約為原來(lái)能量的一半。

        猜你喜歡
        截止頻率導(dǎo)波焊縫
        基于規(guī)范圖像的光電成像系統(tǒng)采樣響應(yīng)研究
        激光與紅外(2023年8期)2023-09-22 09:01:10
        基于超聲Lamb波截止頻率的雙層薄板各層厚度表征
        超聲導(dǎo)波技術(shù)在長(zhǎng)輸管道跨越段腐蝕檢測(cè)中的應(yīng)用
        基于焊縫余高對(duì)超聲波探傷的影響分析
        TP347制氫轉(zhuǎn)油線焊縫裂紋返修
        低頻射頻識(shí)別系統(tǒng)中的RC放大器電路性能分析與研究
        卷簧缺陷檢測(cè)的超聲導(dǎo)波傳感器研制
        電子制作(2019年9期)2019-05-30 09:42:00
        機(jī)器人在輪輞焊縫打磨工藝中的應(yīng)用
        梯度飽和多孔材料中彈性波的截止頻率
        光譜分析在檢驗(yàn)焊縫缺陷中的應(yīng)用
        日韩av天堂一区二区三区在线| 亚洲精品中国国产嫩草影院美女| 久久精品国产88久久综合| 亚洲桃色蜜桃av影院| 日韩人妻中文无码一区二区| 欧洲熟妇色xxxx欧美老妇多毛图片| 一级片麻豆| 国产精品久久国产三级国| 人妻av有码中文字幕| 女人被男人躁得好爽免费视频| 一本久道久久综合久久| 青青草免费在线视频导航| 日本最新一区二区三区视频观看| 日本老熟妇乱| 精品人妻VA出轨中文字幕| av免费在线观看在线观看| 久久无码高潮喷水抽搐| 国产精品三级在线观看无码| 久久国产成人免费网站| 精品国产av一区二区三四区| 92午夜少妇极品福利无码电影| 日日碰狠狠丁香久燥| 中文字幕午夜AV福利片| 人妻少妇精品视频专区二区三区 | 熟妇的荡欲色综合亚洲| 在线观看一区二区女同| 免费观看日本一区二区三区| 亚洲国产aⅴ成人精品无吗| 精品一区二区三区在线观看| 免费国产在线精品三区| 日本人妻免费在线播放| 一本色综合久久| 日本一区二区三区中文字幕最新| 美女被内射中出在线观看| 97碰碰碰人妻无码视频| 亚洲色在线视频| 蜜桃色av一区二区三区麻豆| 亚洲精品无码久久久久y| 亚洲av片不卡无码久久| 国产一区二区三区杨幂| 亚洲三级视频一区二区三区|