變徑厚壁管周向蘭姆波檢測方法及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、學(xué)校代碼：10406分類號：TG115.28學(xué)號：140808040101南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位研究生）變徑厚壁管周向蘭姆波檢測方法及實(shí)驗(yàn)研究變徑厚壁管周向蘭姆波檢測方法及實(shí)驗(yàn)研究碩士研究生碩士研究生：何躍斌導(dǎo)師導(dǎo)師：盧超教授申請學(xué)位級別申請學(xué)位級別：碩士學(xué)科、專業(yè)學(xué)科、專業(yè)：精密儀器與機(jī)械所在單位所在單位：測試與光電工程學(xué)院答辯日期答辯日期：2017年6月授予學(xué)位單位授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)I摘要

2、變徑厚壁管在核電、石油化工、軍工等特種設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用的越來越廣泛。傳統(tǒng)上變徑管損傷的分析方法，一是化學(xué)成分；二是通過模擬實(shí)驗(yàn)，對變徑管在某些環(huán)境中容易產(chǎn)生裂紋、腐蝕等缺陷進(jìn)行剖析；三是采用數(shù)值計(jì)算或?qū)嶒?yàn)的方法，直接分析變徑管的應(yīng)力、強(qiáng)度等材料特性。以上方法雖然能夠分析變徑管的強(qiáng)度及材料性能是否合格以避免由變徑管損傷引起的相關(guān)事故，但對變徑管的質(zhì)量狀況不能進(jìn)行快速檢測。研究變徑管的有效無損檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變徑管缺陷的快速檢測具有重要意義。與軸

3、向?qū)Рㄏ啾?，超聲周向?qū)Рǜm合用于厚壁管道的檢測，沿著管道軸向移動超聲導(dǎo)波換能器，可實(shí)現(xiàn)變徑厚壁管的全面掃查。本文研究了變徑厚壁管的檢測方法，為有關(guān)變徑厚壁管檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，提供基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和可行性方法。本文首先對變徑厚壁管中周向蘭姆波的頻散特性進(jìn)行了分析，給出了周向蘭姆波的頻散方程的推導(dǎo)過程，運(yùn)用等效替代法，把變徑厚壁管等效成不同徑厚比等徑厚壁管，通過求解頻散方程和波結(jié)構(gòu)，得到壁厚不變、不同徑厚比管道所對應(yīng)群速度曲線以及波結(jié)構(gòu)。

4、對比在0~1MHz頻率范圍內(nèi)的頻散曲線可知，隨著變徑厚壁管外徑減小，各個模態(tài)在處于較優(yōu)頻散特性時的群速度也都依次減小，且模態(tài)階數(shù)越高，整個變徑厚壁管全部外徑所對應(yīng)群速度曲線都處于較優(yōu)頻散特性所需要的激勵頻率越大；在激勵中心頻率不變的情況下，隨著變徑厚壁管外徑不斷減小，能夠檢測整個壁厚所需要的導(dǎo)波模態(tài)階數(shù)越高；根據(jù)頻率與入角度的關(guān)系，選擇合適的激勵角度，有望激勵出較少模態(tài)的周向蘭姆波。其次，開展了變徑厚壁管周向蘭姆波傳播特性及在缺陷上反射

5、的數(shù)值模擬研究，利用有限差分方法模擬了周向蘭姆波在壁厚30mm、大管徑250mm、小管徑100mm、軸向長度600mm的變徑厚壁管上的傳播特性和散射特性。研究了采用壓電晶片30、45和60斜入射時，變徑厚壁管中聲場的分布規(guī)律，并檢測了不同尺寸的位于外壁、中壁和內(nèi)壁的缺陷。此外，還進(jìn)一步研究了周向蘭姆波在不同傾斜度變徑厚壁管中的傳播特性。研究結(jié)果表明：對于周向蘭姆波，不同入射角會影響變徑厚壁管中聲場的覆蓋范圍，角度過大會使得內(nèi)壁聲場較弱，

6、角度過小時頻散現(xiàn)象嚴(yán)重；周向蘭姆波在變徑厚壁管中不同大小的缺陷反射時會產(chǎn)生不同效果，缺陷尺寸太小，效果很弱，當(dāng)內(nèi)壁圓孔缺陷半徑大于3mm時，效果變化顯著；通過對比周向蘭姆波在等徑厚壁管、變徑厚壁管、45變徑厚壁管、60變徑厚壁管上的傳播特性可知，變徑厚壁管傾斜角度越大，周向蘭姆波越難以在其中傳播。再其次，基于數(shù)值模擬的結(jié)果，選取中心頻率為500KHz的壓電晶片，設(shè)計(jì)了楔塊角度為37、45、55的有機(jī)玻璃楔塊，制作了中心頻率為500KHz