基于超聲導(dǎo)波的管道損傷檢測技術(shù)研究.pdf

1、火炮是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中不可缺少的武器裝備，其安全性和可靠性一直備受關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計，身管損傷是導(dǎo)致火炮事故的重要原因，因此實現(xiàn)身管損傷的及時檢測并采取一定的措施避免災(zāi)難性事故的發(fā)生具有重要意義。目前常用的身管損傷檢測技術(shù)主要局限于表面缺陷且檢測效率較低、漏檢率高，因此迫切需要研究新的檢測方法。超聲導(dǎo)波由于檢測范圍廣、效率高、可以探測到結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷等優(yōu)點在無損檢測領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。這種方法根據(jù)聲波遇到損傷時發(fā)生的反射、散射等現(xiàn)象來檢測和評價損傷

2、，原理相對簡單，但要應(yīng)用到身管這類復(fù)雜管道結(jié)構(gòu)（膛線、凸臺、安裝孔等）還有許多問題需要深入研究，包括損傷與超聲導(dǎo)波的作用機(jī)理、損傷特征提取方法和損傷定位方法。
　　針對上述問題，本文以火炮損傷檢測為背景，以管道類結(jié)構(gòu)為對象，對超聲導(dǎo)波在管道類結(jié)構(gòu)中的傳播特性、信號處理算法、損傷的檢測與定位方法、非線性超聲導(dǎo)波在微裂紋損傷檢測中的應(yīng)用開展了理論、仿真和試驗方面的研究。主要工作包括：
　　1.分析了超聲導(dǎo)波在管道中的傳播特性及其

3、與損傷的相互作用規(guī)律。
　　從 Navier波動控制方程出發(fā)推導(dǎo)了管道中導(dǎo)波的波動方程，通過數(shù)值求解分析了超聲導(dǎo)波在管道中的頻散特性和波結(jié)構(gòu)特性；利用ANSYS軟件建立了超聲導(dǎo)波與損傷相互作用的有限元模型，根據(jù)仿真獲取了損傷對導(dǎo)波信號的影響規(guī)律，為超聲導(dǎo)波檢測試驗系統(tǒng)的搭建和試驗參數(shù)選取提供了理論依據(jù)。
　　2.開展了基于超聲導(dǎo)波的管道結(jié)構(gòu)裂紋損傷檢測試驗研究，并研究了超聲導(dǎo)波信號處理算法。
　　在理論分析的基礎(chǔ)上，搭

4、建了超聲導(dǎo)波檢測試驗系統(tǒng)，開展了管道結(jié)構(gòu)裂紋損傷超聲導(dǎo)波檢測試驗。針對超聲導(dǎo)波信號非平穩(wěn)多分量的特性，選擇Hilbert-Huang變換作為信號處理工具，提取了損傷特征參數(shù)，實現(xiàn)了管道損傷的軸向定位，并分析了產(chǎn)生定位誤差的原因和影響因素。
　　3.研究了基于時間反轉(zhuǎn)的超聲導(dǎo)波增強檢測方法。
　　針對超聲導(dǎo)波頻散和多模態(tài)效應(yīng)導(dǎo)致?lián)p傷定位誤差較大的不足，研究了基于時間反轉(zhuǎn)的導(dǎo)波增強檢測方法。從理論上推導(dǎo)了時間反轉(zhuǎn)聲場的表達(dá)式，證

5、明了其時間-空間聚焦效應(yīng)；開展了時間反轉(zhuǎn)超聲導(dǎo)波檢測試驗，試驗結(jié)果表明，時間反轉(zhuǎn)方法可以抑制導(dǎo)波的頻散和多模態(tài)效應(yīng)，實現(xiàn)能量的自適應(yīng)聚焦，提高損傷回波的幅值，增強損傷的軸向定位精度。
　　4.探索了非線性調(diào)制超聲導(dǎo)波方法在管道結(jié)構(gòu)微裂紋損傷檢測中的應(yīng)用。
　　針對線性超聲導(dǎo)波對微裂紋和閉合裂紋不敏感的問題，探索了非線性調(diào)制超聲導(dǎo)波在管道結(jié)構(gòu)微小閉合裂紋損傷檢測中的應(yīng)用。試驗結(jié)果表明，相對于線性導(dǎo)波方法，非線性調(diào)制超聲導(dǎo)波對微