含弯头管道超声导波检测

摘要

使用半解析有限元法对弯管中导波传播特性进行研究,计算导波频散曲线和各模态导波的振动特征,并分析两者之间的关系;在ANSYS软件中对L(0,1)模态导波检测含弯头管道进行数值模拟,并使用L(0,1)模态导波对U型管道进行检测实验.研究结果表明:弯管与直管中导波频散曲线的差异与两者中导波振动特征的差异密切相关.在低频条件下,弯管中L(0,1)和T(0,1)模态导波存在截止频率,频散曲线与直管中的差异较大,此时弯管与直管中L(0,1)和T(0,1)模态导波的振动变形差异也较大;随着频率的增加,L(0,1)和T(0,1)模态导波在弯管和直管中振动变形趋于相似,弯管和直管中两者频散曲线也趋于相近.在某些频率范围内,L(0,1)和T(0,1)模态导波与某些弯曲模态导波振动特征类似,此时,在频散曲线中存在"模态耦合"现象;由于弯管不具有轴对称性,弯曲模态导波2个分支的振动特征不再等效,两者的相速度及群速度不再相同,导致频散曲线中存在"模态分支"现象;数值模拟中在截止频率区域和模态耦合区域都出现了较明显的弯头反射信号,弯头反射现象与直管、弯管中频散曲线的差异有关,差异越大,弯头反射越明显;在实际检测中,通过选择合适的频率可以避免弯头反射现象的干扰,有效地对含弯头管道进行检测,且L(0,1)模态导波对于弯头拱腹、拱背处的缺陷具有不同的检测灵敏度.