基于超声导波技术的管道损伤检测实验研究

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管道运输业在经济建设和国防工业中发挥着越来越重要的作用,但管道腐蚀、裂纹等缺陷引起的泄露不仅造成经济上的巨大损失,且会污染环境影响生态平衡,因此对管道的损伤检测显得尤为重要。超声导波是近年来发展起来的一种能够进行快速、长距离、大范围、相对低成本的无损检测方法,受到无损检测领域的广泛关注。本文在前人对导波在管道中传播的理论基础上,重点对管道进行了损伤检测的实验研究。首先通过对激励信号的分析,发现信号周期数目越多,其频带越窄,更有利于频率的控制,但周期数越多,其在时域信号的持续时间越长,波形易叠加,所以选择经HANNING窗调制的20个周期的正弦信号作为实验的激励信号;然后对3米长钢管进行了裂纹损伤模拟,对5米长钢管进行了腐蚀损伤模拟,发现随着激发频率的增加,激励信号的能量幅值不断增加,但高频率下的能量更易损耗,所以选择70KHz做为激发频率进行实验。实验结果表明了纵向超声导波能很准确地定位单裂纹和双裂纹,并能成功地检测出占管道横截面积3.7%的小损伤,且随着缺陷的扩展,导波遇到缺陷后的能量反射率单调递增,而能量透射率单调递减。当导波经过端面和缺陷时,除了发生反射之外,还会发生一定程度的模态转换,且转换模态幅值与入射导波频率有关。适当地选取激发频率,能很好地抑制转换模态幅值。最后探索了超声导波在4米长的PVC-U管道中的传播规律,发现纵向导波在PVC管道中传播时,其能量大幅度地衰减,传播距离大约为1米,远小于其在钢管中传播的距离,说明了管道材料的性质会极大影响导波的传播距离。
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