管道超声纵向导波裂纹检测数值模拟.pdfVIP

第 2 1 卷 　第 4 期 应 用 力 学 学 报 Vol . 2 1 　No . 4 2004 年 12 月 CHINESE JOURNAL OF APPL IED MECHANICS Dec . 2004 文章编号 (2004) 管道超声纵向导波裂纹检测数值模拟 程载斌 　王志华 　张立军 　马宏伟 (太原理工大学 　太原 　030024) 摘要 :简述了近年来超声导波技术的发展现状及其检测原理 ,并用有限元程序 AN SYS 对管道超声 纵向导波裂纹检测进行了数值模拟 。管道模型中 ,删除单元模拟管道周向裂纹 ,通过对管道一端端 部周向各节点施加轴向瞬时位移载荷模拟纵向入射应力波 , 同端接收反射应力波 ,根据裂纹纵波回 波信号到达时间和反射系数能较为精确地判断裂纹位置 、周向开口裂纹长度 、管壁减薄程度及裂纹 截面积 ,但反射系数对管道轴向裂纹宽度不十分敏感 。数值模拟结果与前人实验结果及理论计算 结果吻合较好 。 关键词 :导波 ;应力波 ;管道检测 ;数值模拟 中图分类号 :O3474 　　　文献标识码 : 　A 验 ,证明了利用超声导波技术进行管道裂纹检测的 1 　引　言 可能性 。 英国帝国理工大学的 Cawley . P[3～5 ] 等发展了 具有外包层的管道腐蚀检测是石油化工行业面 超声导波检测技术 ,并对工厂中的管道进行了检测 。 临的重要课题 ,及时、准确地将管道中的缺陷检测出 他们的检测方法是利用脉冲回波法在管道的单一位 来对保证安全生产具有重要意义 。传统的超声检测 置进行检测 ,管壁中缺陷的位置和大小用反射波信 方法为逐点扫描式 ,对于检测数公里长的管道 ,尤其 号及其到达时间来确定 。这一方法的优点是它可以 是检测有外包层的管道 , 具有费用高 、效率低的缺 进行长距离管道的快速检测 ,并且只需移去放置激 点 。超声导波技术可解决这一难题 ,它克服了传统 励装置部分的外包层即可 。他们在进行各种实验的 的逐点扫描方法的缺点 ,可实现线检测 。其原理为 同时建立了有限元模型 ,对管道中应力波的反射 、透 脉冲回波法 ,具有传播距离远 ,检测段长 ,无须移去 射 、模式转换等进行了分析 ,并取得了一定的成果 。 外包层 ,简单 、经济的优点 。但由于导波的多模及频 Allwyne . D[ 6 ] 等提出用 L ( 0 ,2) 模态 ,该模态在一定 散特性 ,管中导波的传播性质至今仍未被完全理解 。 的频带内非频散 ,且传播速度最快 ,适于长距离检 D . C. Gazis[ 1 ] 对圆柱空腔中波在三维方向上的传播 测 。另外 ,韩国原子能研究所 Moon . Ho . Park[7 ] 等 用 A ( ) ( 0 反对称零阶 模态 L amb 波对长钢管中的缺 作了深入研究 ,推导出了理论模型的两种模态 纵向 ) 陷进行了检测 ,并进行了有限元分析 ,结果表明: A 拉伸波和扭转波 。Armenakas 详细讨论了圆柱壳 0 中的弹性波传播理论 ,指出在管线结构中存在许多