本書詳細闡述了超聲導波的基本概念以及頻散、多模態(tài)和波結構等超聲導波特性;介紹了超聲導波在管道中傳播特性的理論基礎和有限元數(shù)值仿真方法;建立了非軸對稱管道導波聲場調控理論;全面介紹了超聲導波換能器及檢測儀器的類型和特點,并給出了實際檢測的應用案例;介紹了管道導波檢測最新的研究成果包括相控陣技術、周向掃查成像檢測技術、非軸對稱導波對螺旋焊管和缺陷定征方面的檢測應用。
超聲導波無損檢測技術經(jīng)過了近三十年的基礎理論和應用研究。近十余年來,隨著計算機技術、數(shù)值仿真技術、電子儀器技術及信號處理等交叉學科的綜合發(fā)展,超聲導波檢測從實驗室研究逐漸走向現(xiàn)場實際應用。
超聲導波檢測具有單點激勵、傳播距離遠和衰減小的特點,對于管道、纜索、鋼軌和鋼板等長距離、大范圍結構的無損檢測,可以極大地提高檢測效率,在一些傳統(tǒng)檢測儀器不可到達的場合如穿越管道、高空管道等具有獨特優(yōu)勢。超聲導波具有多模態(tài)和頻散特性,且其傳播過程依賴于波導結構本身,管道的結構類型(如無縫管和螺旋焊管)、防腐層材質、焊接支架、管道上的支管和儀表管、彎頭等因素都可能對導波傳播特性帶來影響。因此,要發(fā)揮好超聲導波檢測的技術優(yōu)勢,必須深入理解超聲導波的原理和基本特性。
本書系統(tǒng)總結了著者課題組十余年的研究成果。其中,□□章介紹了超聲導波的基本概念、主要特性及管道超聲導波檢測研究的現(xiàn)狀。第2章系統(tǒng)闡述了管道超聲導波傳播的基礎理論。第3章介紹了管道導波的有限元數(shù)值仿真,并以軸對稱導波模態(tài)仿真做了應用示范。第4章介紹了非軸對稱管道導波聲場調控理論。第5章介紹了超聲導波換能器及檢測儀器的種類、原理和各自特點,并列舉了一些磁致伸縮超聲導波檢測儀現(xiàn)場應用案例。第6章介紹了磁致伸縮導波管道檢測的新技術及應用,包括磁致伸縮相控陣導波檢測技術、基于管道B掃導波成像檢測方法、基于非軸對稱管道導波的缺陷分類和定征技術、基于非軸對稱導波的螺旋焊管檢測技術和管道軸向缺陷定量化檢測技術,并列舉了相關新技術的現(xiàn)場應用實例。第7章介紹了管道腐蝕超聲導波監(jiān)測技術,對導波監(jiān)測信號的影響因素和信號處理方法進行了分析,并介紹了實驗室模擬缺陷監(jiān)測的驗證過程和現(xiàn)場實際應用案例。希望本書能為管道無損檢測技術人員了解超聲導波檢測技術有所幫助。
著者相關科研工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目(項目編號:2018YFC0809000)、國家自然科學基金(項目編號:51275454、51875511和U1709216)和浙江省科技計劃項目(項目編號:2019C03112和2012C01015-2)的支持,在此表示衷心感謝。
本書是著者以及所指導的博士、碩士研究生共同的科研成果,對張小偉、陳會明、李紹星、袁琪楠、劉軍、柳偉續(xù)、鄭國軍和駱蘇軍等的辛勤工作表示感謝!書中的大量現(xiàn)場應用案例來自杭州浙達精益機電技術股份有限公司,在此一并表示感謝!
本書在編寫過程中參閱了有關著作和文獻資料,對文獻作者表示感謝!參考文獻中如有遺漏,敬請諒解。由于著作水平所限,書中難免有局限性和不足之處,敬請讀者批評指正。
1 超聲導波
1.1 超聲導波的研究背景
1.2 超聲導波與超聲體波
1.3 超聲導波的基本特性
1.3.1 群速度和相速度
1.3.2 頻散與多模態(tài)特性
1.4 超聲導波無損檢測技術特點
1.5 管道超聲導波無損檢測的研究現(xiàn)狀
1.5.1 理論研究
1.5.2 應用研究
參考文獻
2 超聲導波在管道中的傳播理論
2.1 管道超聲導波傳播特性分析
2.1.1 超聲導波解析模型
2.1.2 超聲導波有限元模型
2.1.3 超聲導波傳播特性
2.2 管道超聲導波波源分析
2.2.1 簡正模態(tài)展開法
2.2.2 外載荷擾動分析
2.3 超聲導波衰減特性分析
2.3.1 帶防腐層管道超聲導波檢測
2.3.2 埋地管道超聲導波檢測
參考文獻
3 管道導波的有限元仿真及應用
3.1 有限元軟件ABAQUS
3.2 軸對稱導波的有限元仿真
3.2.1 建立三維模型
3.2.2 定義分析步和輸出
3.2.3 相互作用
3.2.4 施加載荷和邊界約束
3.2.5 網(wǎng)格劃分
3.2.6 后處理(分析)
3.3 仿真實例
3.3.1 縱向模態(tài)導波的有限元仿真
3.3.2 扭轉模態(tài)導波的有限元仿真
參考文獻
4 非軸對稱管道導波聲場調控方法
4.1 非軸對稱管道導波聲場調控理論
4.1.1 基于螺旋換能器的非軸對稱導波激勵方法
4.1.2 基于圓周相控陣列換能器的非軸對稱導波激勵方法
4.2 非軸對稱管道導波傳播特性仿真
4.2.1 基于螺旋換能器的非軸對稱導波傳播仿真
4.2.2 基于圓周相控陣列換能器的非軸對稱導波傳播仿真
4.3 兩種調控方法的特點
參考文獻
5 超聲導波換能器及檢測儀器
5.1 壓電式導波換能器
5.2 磁致伸縮式導波換能器
5.2.1 磁致伸縮效應
5.2.2 磁致伸縮導波換能器結構
5.2.3 磁致伸縮換能器優(yōu)化
5.3 電磁超聲式導波換能器
5.4 激光超聲式
5.5 超聲導波檢測儀器
5.5.1 導波儀原理介紹
5.5.2 超聲導波方向控制
5.5.3 超聲導波距離幅值分析
5.5.4 國內外超聲導波儀器
5.6 超聲導波檢測案例
案例5.1 : MSGW超聲導波儀在多個彎頭管道檢測中的應用
……
6 磁致伸縮導波管道檢測新技術及其應用
7 超聲導波管道腐蝕監(jiān)測技術