超声导波检测技术的研究进展_周正干
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究【摘要】本文旨在探讨超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究。
引言部分介绍了本研究的背景和研究意义，指出压力管道检测的重要性。
正文部分分别从超声导波检测技术概述、压力管道检测需求分析、应用案例分析、优势与局限性以及技术改进与发展等方面展开讨论。
结论部分展望了超声导波检测技术在压力管道检测中的应用前景，并总结提出建议。
通过本文的研究，将为压力管道领域提供更加准确、高效的检测方法，有望推动该领域的发展。
【关键词】超声导波检测技术，压力管道，应用研究，需求分析，案例分析，优势，局限性，技术改进，发展，展望，总结，建议1. 引言1.1 背景介绍压力管道是输送液体或气体的重要设施，在工业生产中扮演着至关重要的角色。
随着管道运行时间的延长和环境条件的变化，管道存在着腐蚀、疲劳、裂纹等问题，给管道的安全性和稳定性带来了挑战。
及时有效地检测管道的健康状况，成为保障生产安全的关键措施。
本文将探讨超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究，深入分析其优势与局限性，探讨技术改进与发展方向，并展望其在压力管道检测领域的前景，旨在为压力管道检测技术的发展提供有益的参考和借鉴。
1.2 研究意义超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究具有重要的理论和实际意义。
随着社会经济的快速发展，压力管道在工业生产中扮演着至关重要的角色，其安全运行直接影响着生产效率和人员生命财产安全。
研究超声导波检测技术在压力管道检测中的应用，可以提高管道的安全性和可靠性，有助于预防管道事故的发生，保障工业生产的正常运行。
超声导波检测技术相比传统的检测方法具有更高的精度和灵敏度，能够检测出管道内部的微小缺陷和裂纹，实现对管道的全面监测和评估。
这对于提前发现潜在问题，及时采取修复措施，延长管道的使用寿命具有重要意义。
研究超声导波检测技术在压力管道检测中的应用，不仅可以提高管道的安全性和可靠性，保障工业生产的正常进行，还可以推动检测技术的创新与发展，为工程技术领域的进步做出积极贡献。
超声导波在大型薄铝板缺陷检测中的应用
第29卷 第4期航 空 学 报Vo l 29No 4 2008年 7月ACT A A ERON A U T ICA ET A ST RO N AU T ICA SIN ICA July 2008收稿日期:2007 06 12;修订日期:2007 08 07基金项目:国家自然科学基金(50475006)通讯作者:周正干E mail:zz hen ggan@bu aa edu cn文章编号:1000 6893(2008)04 104405超声导波在大型薄铝板缺陷检测中的应用周正干1,冯占英1,2,高翌飞1,朱譞1(1 北京航空航天大学机械工程与自动化学院,北京 100083)(2 军事交通学院装运机械系,天津 300161)Application of Ultrasonic Guided Waves to Defect Inspection ofLarge Thin Aluminum PlateZhou Zheng gan 1,Feng Zhany ing 1,2,Gao Yifei 1,Zhu Xuan 1(1 School of M echanical Engineering and A utomatio n,Beijing U niversit y ofA ero nautics and A stro nautics,Beijing 100083,China)(2 Depart ment o f Handling F acilities,Academ y of M ilitary T ransport at ion,T ianjin 300161,China)摘 要:为了提高大型薄板超声检测的速度,研究了超声导波及其在大型薄铝板缺陷检测中的应用。
推导了超声导波在大型薄铝板中传播的理论模型,分析了导波的波结构,设计并实践了导波检测薄铝板缺陷的方法。
试验结果表明,若选取S0导波模式对1mm 薄铝板进行线扫描检测,在有缺陷的地方会出现明显的回波信号。
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究
超声导波检测技术是一种非破坏性的检测技术，可以应用在压力管道的检测中，用于
检测管道的腐蚀、裂纹和疲劳等缺陷。
本文将对超声导波检测技术在压力管道检测中的应
用进行研究。
超声导波检测技术是一种通过在管道内传播超声波来检测管道内部缺陷的方法。
它通
过在管道内表面安装多个传感器，将超声能量引导至管道内部，然后通过接收传感器捕获
的超声信号，来分析管道的内部情况。
该技术具有高效、准确、可靠、经济等优点，已经
被广泛应用于压力管道的检测中。
超声导波检测技术在压力管道检测中可以用来检测管道的腐蚀缺陷。
管道长期运行后，由于介质的作用和外界环境的影响，管道的内壁会出现腐蚀现象。
使用超声导波检测技术
可以通过检测超声波的传播时间和强度来确定管道的腐蚀情况。
通过对腐蚀的检测，可以
及时修复或更换受损管道，确保管道的安全运行。
超声导波检测技术的发展、应用与挑战
超声导波检测技术的发展、应用与挑战一、本文概述超声导波检测技术是一种先进的无损检测技术，通过利用超声波在材料内部传播的特性，实现对材料内部缺陷、损伤和性能变化的精确检测。
随着科技的进步和工业的发展，超声导波检测技术在诸多领域如航空航天、石油化工、医疗设备、交通运输等中发挥着日益重要的作用。
本文旨在全面概述超声导波检测技术的发展历程、应用领域以及当前面临的挑战，以期为未来该技术的研究与应用提供有价值的参考。
本文将回顾超声导波检测技术的起源与发展历程，介绍其基本原理和技术特点。
随后，将详细分析超声导波检测技术在不同领域的应用实例，包括材料质量检测、结构健康监测、故障诊断与预防等。
还将探讨超声导波检测技术在应用中遇到的主要挑战，如信号传输衰减、复杂结构检测、智能化和自动化程度不足等问题。
通过对超声导波检测技术的深入研究和综合分析，本文旨在为读者提供一个全面了解该技术的视角，并为该领域的未来发展提供有益的启示和建议。
二、超声导波检测技术的发展超声导波检测技术自其诞生以来，已经经历了数十年的技术发展与进步，其发展历程可以分为几个关键阶段。
早期阶段，超声导波检测主要依赖于传统的压电晶体作为换能器，信号处理和数据处理能力有限，因此其应用范围主要局限在一些简单的结构和材料检测中。
随着电子技术和信号处理技术的发展，超声导波检测逐渐引入了数字化信号处理技术，大大提高了信号的分辨率和抗干扰能力。
进入21世纪，随着计算机技术和大数据技术的飞速发展，超声导波检测开始进入智能化时代。
现代超声导波检测系统不仅能够实现实时数据采集、处理和分析，还能通过机器学习、深度学习等人工智能技术，对检测数据进行自动解读和预测。
各种新型的超声导波换能器、阵列探头等设备的出现，使得超声导波检测能够适用于更加复杂和精细的结构和材料检测。
在硬件技术发展的同时，超声导波检测的理论研究也在不断深入。
例如，对于超声导波在材料中的传播特性、散射机制、信号识别等方面的研究，为超声导波检测技术的应用提供了坚实的理论基础。
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面试主要内容和形式如下：（1）思政考核：不合格者不予录取。
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（4）综合能力测试（满分：100分）全面考核考生教育背景、科研能力、创新潜力、逻辑思维、语言表达、心理素质等。
超声导波检测技术的发展及应用
超声导波检测技术的发展及应用
超声导波检测技术始于20世纪40年代，当时主要应用于船舶工业中用于检测其中的结构缺陷。
之后随着科学技术的发展，超声导波检测技术逐渐应用于大型工程结构的健康监测工作中。
在20世纪70年代，随着计算机技术的发展，超声导波检测技术得到了进一步的发展，能够更准确地定位和识别缺陷。
1.全面性：超声导波检测技术可以同时监测结构中的多个位置，并可以检测不同尺寸和类型的缺陷。
2.远程性：超声导波可以在结构中传播较远的距离，可以覆盖大范围的结构。
3.高灵敏度：超声导波可以探测微小的缺陷，并可以提供更准确的缺陷信息。
4.实时性：超声导波检测技术具有实时监测的能力，能够在结构中的变化发生时及时做出反应。
1.钢铁结构的健康监测：超声导波检测技术可以对钢铁结构进行长期的健康监测，及时发现结构中的疲劳裂纹或其他缺陷，提前进行维修或更换。
2.桥梁结构的监测：超声导波检测技术可以对桥梁结构中的混凝土或钢材进行监测，及时发现结构中的隐患，保证桥梁的安全使用。
3.管道的缺陷检测：超声导波检测技术可以对管道中的腐蚀、裂纹等缺陷进行检测，提高管道的运行安全性。
4.风力发电机叶片的健康监测：超声导波检测技术可以对风力发电机
叶片进行监测，及时发现叶片中的损伤，保证发电机的正常运行。
总结
超声导波检测技术是一种应用十分广泛的无损检测技术，具有全面性、远程性、高灵敏度和实时性等优势，可以在工程领域中对结构进行健康监
测和缺陷检测。
随着科学技术的不断发展，相信超声导波检测技术将会得
到进一步的完善和应用。
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究超声导波技术是一种非接触、无损检测方法，已在特种设备检测领域得到广泛应用。
超声导波技术通过在特种设备中传播超声波，并通过分析波的传播特征，确定设备中的缺陷情况，可以实现对设备的整体检测和常规检测方法无法实现的局部检测。
本文分析了超声导波技术在特种设备检测中的应用研究现状，并讨论了其在不同特种设备中的应用前景。
超声导波技术在特种设备检测中的应用范围广泛，包括压力容器、管道、铁路轨道、桥梁等领域。
对于压力容器和管道来说，超声导波技术可以实现对设备的整体检测，包括腐蚀、气泡等缺陷的检测。
由于超声波在固体中传播的特性，超声导波技术可以穿透表面层进行检测，避免了拆除设备表面的破坏性检测，提高了检测效率。
在铁路轨道和桥梁的检测中，超声导波技术可以检测隐蔽缺陷，如裂纹、腐蚀等，有效提高了设备的使用寿命和安全性。
超声导波技术的应用研究中，主要包括超声波的传播、信号处理和缺陷检测三个方面。
超声波的传播是超声导波技术的基础，传播的特征可以提供设备中缺陷的位置、形状和大小等信息。
通过信号处理，可以提取出超声波信号中的缺陷特征，并进行分析。
缺陷检测则是根据超声波的传播特征和信号处理结果，确定设备中是否存在缺陷，并对缺陷进行定量评估。
尽管超声导波技术在特种设备检测中具有广泛的应用前景，但目前仍存在一些挑战。
超声波在不同材料中的传播特性会受到材料的性质和形状的影响，需要针对不同特种设备的具体情况进行研究。
超声波传播过程中会受到杂音的干扰，需要通过信号处理技术提高信号质量。
超声导波技术的应用还需要专业的人员进行操作和分析，对人员的要求较高。
超声导波技术在特种设备检测中具有重要的应用价值。
通过超声导波技术，可以实现对特种设备的整体和局部检测，提高设备的使用寿命和安全性。
未来的研究工作可以进一步优化超声波传播特性和信号处理技术，提高检测效率和准确性，推动超声导波技术在特种设备检测中的应用。
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术是一种非破坏性测试技术，在特种设备检测中具有广泛的应用价值。
本
文主要研究超声导波技术在特种设备检测中的应用。
超声导波技术是一种基于散射波和导波现象的测试方法，可以在材料内部传播的超声
波进行传播与检测。
它具有快速、高效、准确、定量等特点，适用于检测特种设备中的裂纹、腐蚀、疲劳、松动等缺陷，能够发现隐蔽性缺陷，提高设备的安全性。
在核电设备检测中，超声导波技术可以检测核电站中的蒸汽发生器、主蒸汽线、蒸汽
分离器、管道等关键设备中的缺陷。
通过超声导波技术，可以检测到蒸汽发生器中的腐蚀、裂纹等缺陷，及时采取修复措施，确保核电站的安全运行。
超声导波技术还可以用于核电
站中的燃料管道的检测，及时发现管道中的裂纹和疲劳破坏，确保燃料的安全运输。
在飞行器中的应用，超声导波技术可以用于飞机翼、起落架、发动机等关键部件的检测。
通过超声导波技术，可以检测到飞机翼中的裂纹、腐蚀等缺陷，提前进行修复，确保
飞机的安全飞行。
超声导波技术还可以用于发动机内的零部件的检测，及时发现故障，防
止发动机失效，保证飞机的飞行安全。
超声导波技术在特种设备检测中有着广泛的应用。
通过超声导波技术的检测，可以发
现特种设备中的缺陷，及时采取措施，确保设备的安全运行。
随着超声导波技术的不断发
展和创新，相信在特种设备检测中的应用将会越来越广泛。
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对于各向同性的材料, 其相速度面是球面, 而对于各
向异性的材料, 其相速度面是非球面[ 4] 。L ow e M JS
等[ 5] 在对航空碳纤维蒙皮板进行检测时发现, 导波
在各向异性材料中传播时, 其频散方程为
F( s , s , , ) = 0
( 1)
1 导波的分类
导波是由于声波在介质中的不连续交界面间产 生多次往复反射, 并进一步产生复杂的干涉和几何 弥散而形成的。主要分为圆柱体中的导波以及板中 的 SH 波、SV 波、兰姆波( L am b) 和漏兰姆波[ 1] 等。
根据 Silk 和 Bainto n 的理论[ 2] , 圆柱体中 的导 波分为 轴对称纵向模式 L ( 0, m) ( m = 1, 2, 3,
2 频散特性与频散方程
频散是导波的主要特性之一, 即导波的相速度
2006 年 第 28 卷 第 2 期 57
周正干等: 超声导波检测技术的研究进展
NDT 无损检测
随着频率的不同而不同。频散特性是导波应用于复
合材料无损检测的主要依据。对导波频散特性的研
究是深入研究导波本质的重要方面。导波的频散方
程反映了导波的频散特性。
由于频散方程数 值计算的 复杂性 以及 Bessel 函数不稳定性, 研究人员也在寻找一些近似的方法 使问题简化。N iklasson A Jonas 等[ 19] 在研究各向 同性的平板上覆盖有各向异性材料的情况时, 采用 有效边界技术( BCs) 建立了近似频散方程, 它 比全 局矩阵 法得 到 的 方程 要 小 得多, 节约 了 计 算量。 BCs 是把作用在覆盖层上的牵引力延伸到整个覆盖 层的厚度处, 建立近似频散方程时利用了覆盖层的 边界、交界面的条件以及运动方程。 2. 5 商业化软件
目前在导波技术领域有两个应用很广的商业可 视化软件, 即 L ow e 等开发的 Disperse 和 Ro se JL 等开发的 ZANL Y。这些软件可以仿真导波在平板 或圆柱体等规则形体中传播时的频散和衰减曲线, 同时可以模拟这些情况下的介质 在不同方向的 位 移、应力、应变和能量的分布。
3 导波的位移、能量和波包
2. 3 边界问题 边界问题是指导波的传输介质是处于自由边界
还是在其周围有液体, 后一种情况会造成导波的衰 减。A ristegui C 等[ 12] 研究了导波在管道内外表面 都是空气、内部是空气外部是液体、内外部都是液体
以及内部是液体 外部是空气四种情况下 的频散特
性, 他们将粘性液体等效成能传播体积纵波和切变 波的固体, 并将衰减分别考虑成由等效纵波和切变 波造成的。Y ang CH 等[ 13] 研究了压电板浸在导电 液体中的漏兰姆波( L L W) 情况。他们利用平板部 分波理论, 研究发现不同的导电液体具有不同的传 导率, 随着导电液体传导率的改变, LL W 模式发生 了平移。在国内, 他得安等[ 14] 研究了纵波模式在充 液管道中的频散特性、位移以及能量分布。
A ( 4N ) ( 4N )
0
方程中左边的各元素由给定层的拉密常数、厚度、频
周正干等: 超声导波检测技术的研究进展
NDT 无损检测
率和波数等决定。如果某层是液体, 可以删除相应 的行和列。 2. 4 频散方程的数值计算
频散方程的求解过程相当复杂, 需要求解 Bes sel 方程。对于圆柱体, 解的 形式必须 采用第三 类 Bessel 函数( 即 H ankel 函数) [ 15] 。
等[ 10] 利用柱状分层结构中轴对称声导波的波动方
程和界面弹簧模型, 导出了具有弱界面双层复合结 构中轴对称声导波的广义频散方程。中南大学杨天 春等[ 11] 利用传递矩阵法研究了三层各向同性层状
弹性固体介质中瑞利波频散曲线及自由表面的位移
强度, 说明了各频散曲线之间是互不相交的, 指出了 存在低速软弱夹层时的频散曲线特征, 论证了之字 形频散曲线的形成机理。
虽然上述定义已被广泛接受, 但是针对某些具 体问题, 研究人员也提出了不同的导波分类方法, 以 利于分析在具体问题中表现出来相似特征的导波模 式。如 V o gt T 等[ 3] 在研究部分埋地圆柱体结构中 的导波散射问题时提出了单 一( v , n) 模式, 其中 v
1 对应原弯曲模式; v= 0 对应原纵波和扭转模式。 两种模式用计数变量 n 区别。两种定义 方式的模 式, ( 0, 1) 对应 L( 0, 1) , ( 0, 2) 对应 T ( 0, 1) , ( 0, 3) 对 应 L ( 0, 2) , ( 0, 4) 对应 T ( 0, 2) 等。
减。弹性层中传播的导波的波数值是实数。
2. 2 多层结构
建立导波在多层结构中的频散方程的方法通常
是, 先求出导波在单层中的位移和应力表达式, 然后
设定层与层交界面上相应的位移和应力连续, 即分
别在相邻两层表面处得到的位移和应力值相等。目
前, 求解导波在多层结构中的频散方程主要采用传 递矩阵法和全局矩阵法[ 4] 。传递矩阵法的基本思想
关键词: 超声检测; 导波; 频散特性; 有限元; 边界元; 信号处理
中图分类号: T G 115. 28
文献标识码: A
文章编号: 1000 6656( 2006) 02 0057 07
Progress in Research of Ultrasonic Guided Wave Testing Technique
弹性材料, 导波在其中的衰减是当前研究的一个热
点。目前研究黏弹性材料的模型包 括 M axw ell 和
K elv in V oight 模型[ 4] 。对于黏弹性材料而言, 其弹
性模量是复数, 实部代表储能能力, 虚部代表耗能能
力。就黏弹性层中传播的导波来说, 其波数也是复
数[ 6] , 实部用来表征波的传播, 虚部用来表征波的衰
2. 1 波导材料
导波在介质中的传播特性与介质特性有很大关
系。目前的研究已经不仅仅局限于导波在各向同性
弹性介质中的传播特性, 还涉及到各向异性和具有
黏弹性的材料。
由广义虎克定律可知, 固体媒质的弹性性质可
以由 36 个弹性系数 Cij ( i, j = 1~ 6) 表示。具有对
称性的介质, 相应的弹性系数减少。对于各向同性
综述
NDT 无损检测
超声导波检测技术的研究进展
周正干, 冯海伟 ( 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100083)
摘 要: 综述近年来超声导波检测研究的最新进展。介绍导波在不同材料和结构中的频散特
性及与之相关的理论成果。从导波的结构出发, 分析了导波在介质中能量与位移的分布。论述了 导波检测技术领域中数值分析方法和信号处理方面的一些新技术。
是消去中间层引入的所有未知量, 问题的解用外边
58 2006 年 第 28 卷 第 2 期
界条件形式表示, 它在频厚积较大的情况下会造成 数值解的不稳定。全局矩阵法可以解决任何频厚积
范围的情况, 其求解速度比传递矩阵法快, 但涉及到 求解高阶行列式的问题。
L ow e M JS[ 7] 利用传递矩阵法建立了兰姆波在 多层平板中的频散方程。Jam es Barshinger 等[ 8] 使 用全局矩阵法推导出导波在多层圆柱体中的频散方 程。Ro se JL 等[ 4] 在飞机 机翼结冰的检测中, 研究 了不同厚度冰层和铝层的多层模型, 其研究工作表 明, 对于一个劣化模型, 其频散曲线比完好连接模型 的频散 曲线向 左偏 移。在 国内, 同 济大 学他 得安 等[ 9] 研究了复合管中纵波模式的频散特性。杜光升
Rose JL [ 20] 指出, 选择用于无 损检测的导波 模 式应考虑导波的频散特性以及波的结构 面内位移、 面外位移以及随着结构厚度变化的应力变化。不同 的波结构影响入射的能量和对缺陷的敏感程度。如 圆管中传播的导波, 其位移的轴向分量对探测圆周 向开口裂纹的灵敏度很高; 管道内外表面径向位移 的大小决定了能量泄漏量, 能量泄漏多的导波传播
需要指出的是, 根据 Rose JL 的理论[ 4] , 对于任 意一个 N 层结构( 不论材料是弹性、黏弹性、各向异 性还是各向同性) , 可以通过全局矩阵方法建立的频 散方程为
A 11
A 12
A 1( 4N )
0
A 21
A 22
A 2( 4N )
0
=
( 2)
A A ( 4N ) 1
( 4N ) 2
Abstract: T he recent advances in ult rasonic g uided w ave testing technique are summar ized. Firstly, the disper se char acter istics and the r elated t heo retical r esults of the g uided wav es in differ ent mater ials and distinct structur es ar e intro duced. T hen, based o n the structure o f the g uided waves, the distr ibution o f the energ y and displacement o f guided w aves is ana lyzed. L ast ly , some new techniques o f numer ical analy sis and signal pro cessing fo r g uided wav e no ndest ructive testing are descr ibed.
ZHOU Zheng gan, FENG Hai wei ( School of M echanical Engineering and Automation, Beijing University of Aeronautics and Astr onautics, Beijing 100083, China)