纵向超声导波管道损伤检测中模态转换现象的实验研究

摘要

纵向超声导波法是一种效率及性价比最高的管道损伤检测手段.而利用该方法对管道进行损伤检测时,在激发纵向导波的同时,伴随着弯曲和扭转等转换模态,这些模态是由该纵向导波在传播和反射时产生的.本文在通过大量的实验和数值模拟管道导波信号的时间历程曲线的基础上,得到了模态转换现象在管道损伤检测中普遍性存在的结论.并据此对管道检测中导波信号的特点进行了对比分析,并根据该分析对模态转换现象的产生原因进行了归纳和分类.并从能量守恒的角度首次建立并得到了具有普遍性的模态转换的理论公式,并定性的分析和研究了模态转换的条件和机理.同时也进一步证实,模态转换现象跟导波的入射频率及管道的几何结构有关.该研究表明,弯曲模态转换对检测信号的影响,可以通过对周向阵列传感器信号取均值的方法进行抑制.通过改变入射导波的频率可以有效地改善和抑制模态转换现象,提高该检测方法的有效性.