本书详细阐述了超声导波的基本概念以及频散、多模态和波结构等超声导波特性;介绍了超声导波在管道中传播特性的理论基础和有限元数值仿真方法;建立了非轴对称管道导波声场调控理论;全面介绍了超声导波换能器及检测仪器的类型和特点,并给出了实际检测的应用案例;介绍了管道导波检测最新的研究成果包括相控阵技术、周向扫查成像检测技术、非轴对称导波对螺旋焊管和缺陷定征方面的检测应用。
超声导波无损检测技术经过了近三十年的基础理论和应用研究。近十余年来,随着计算机技术、数值仿真技术、电子仪器技术及信号处理等交叉学科的综合发展,超声导波检测从实验室研究逐渐走向现场实际应用。
超声导波检测具有单点激励、传播距离远和衰减小的特点,对于管道、缆索、钢轨和钢板等长距离、大范围结构的无损检测,可以极大地提高检测效率,在一些传统检测仪器不可到达的场合如穿越管道、高空管道等具有独特优势。超声导波具有多模态和频散特性,且其传播过程依赖于波导结构本身,管道的结构类型(如无缝管和螺旋焊管)、防腐层材质、焊接支架、管道上的支管和仪表管、弯头等因素都可能对导波传播特性带来影响。因此,要发挥好超声导波检测的技术优势,必须深入理解超声导波的原理和基本特性。
本书系统总结了著者课题组十余年的研究成果。其中,□□章介绍了超声导波的基本概念、主要特性及管道超声导波检测研究的现状。第2章系统阐述了管道超声导波传播的基础理论。第3章介绍了管道导波的有限元数值仿真,并以轴对称导波模态仿真做了应用示范。第4章介绍了非轴对称管道导波声场调控理论。第5章介绍了超声导波换能器及检测仪器的种类、原理和各自特点,并列举了一些磁致伸缩超声导波检测仪现场应用案例。第6章介绍了磁致伸缩导波管道检测的新技术及应用,包括磁致伸缩相控阵导波检测技术、基于管道B扫导波成像检测方法、基于非轴对称管道导波的缺陷分类和定征技术、基于非轴对称导波的螺旋焊管检测技术和管道轴向缺陷定量化检测技术,并列举了相关新技术的现场应用实例。第7章介绍了管道腐蚀超声导波监测技术,对导波监测信号的影响因素和信号处理方法进行了分析,并介绍了实验室模拟缺陷监测的验证过程和现场实际应用案例。希望本书能为管道无损检测技术人员了解超声导波检测技术有所帮助。
著者相关科研工作得到了国家重点研发计划项目(项目编号:2018YFC0809000)、国家自然科学基金(项目编号:51275454、51875511和U1709216)和浙江省科技计划项目(项目编号:2019C03112和2012C01015-2)的支持,在此表示衷心感谢。
本书是著者以及所指导的博士、硕士研究生共同的科研成果,对张小伟、陈会明、李绍星、袁琪楠、刘军、柳伟续、郑国军和骆苏军等的辛勤工作表示感谢!书中的大量现场应用案例来自杭州浙达精益机电技术股份有限公司,在此一并表示感谢!
本书在编写过程中参阅了有关著作和文献资料,对文献作者表示感谢!参考文献中如有遗漏,敬请谅解。由于著作水平所限,书中难免有局限性和不足之处,敬请读者批评指正。
1 超声导波
1.1 超声导波的研究背景
1.2 超声导波与超声体波
1.3 超声导波的基本特性
1.3.1 群速度和相速度
1.3.2 频散与多模态特性
1.4 超声导波无损检测技术特点
1.5 管道超声导波无损检测的研究现状
1.5.1 理论研究
1.5.2 应用研究
参考文献
2 超声导波在管道中的传播理论
2.1 管道超声导波传播特性分析
2.1.1 超声导波解析模型
2.1.2 超声导波有限元模型
2.1.3 超声导波传播特性
2.2 管道超声导波波源分析
2.2.1 简正模态展开法
2.2.2 外载荷扰动分析
2.3 超声导波衰减特性分析
2.3.1 带防腐层管道超声导波检测
2.3.2 埋地管道超声导波检测
参考文献
3 管道导波的有限元仿真及应用
3.1 有限元软件ABAQUS
3.2 轴对称导波的有限元仿真
3.2.1 建立三维模型
3.2.2 定义分析步和输出
3.2.3 相互作用
3.2.4 施加载荷和边界约束
3.2.5 网格划分
3.2.6 后处理(分析)
3.3 仿真实例
3.3.1 纵向模态导波的有限元仿真
3.3.2 扭转模态导波的有限元仿真
参考文献
4 非轴对称管道导波声场调控方法
4.1 非轴对称管道导波声场调控理论
4.1.1 基于螺旋换能器的非轴对称导波激励方法
4.1.2 基于圆周相控阵列换能器的非轴对称导波激励方法
4.2 非轴对称管道导波传播特性仿真
4.2.1 基于螺旋换能器的非轴对称导波传播仿真
4.2.2 基于圆周相控阵列换能器的非轴对称导波传播仿真
4.3 两种调控方法的特点
参考文献
5 超声导波换能器及检测仪器
5.1 压电式导波换能器
5.2 磁致伸缩式导波换能器
5.2.1 磁致伸缩效应
5.2.2 磁致伸缩导波换能器结构
5.2.3 磁致伸缩换能器优化
5.3 电磁超声式导波换能器
5.4 激光超声式
5.5 超声导波检测仪器
5.5.1 导波仪原理介绍
5.5.2 超声导波方向控制
5.5.3 超声导波距离幅值分析
5.5.4 国内外超声导波仪器
5.6 超声导波检测案例
案例5.1 : MSGW超声导波仪在多个弯头管道检测中的应用
……
6 磁致伸缩导波管道检测新技术及其应用
7 超声导波管道腐蚀监测技术