利用兰姆波对板状结构中隐蔽腐蚀缺陷的检测
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第 20卷 第 2期
2005 年 6 月
实 验 力 学
JOURNAL OF EXPER IMENTAL MECHAN ICS
Vol. 20 No. 2
Jun. 2005
文章编号 : 100124888
(
2005
)
0220166205
利用兰姆波对板状结构中隐蔽腐蚀缺陷的检测
3
刘增华 , 何存富 , 吴 斌 , 王秀彦
(
北京工业大学 机械工程与应用电子技术学院 , 北京 100022
)
摘要 : 在石油、天然气、化工和石化行业中 ,许多大型容器和储罐常用来储存带有腐蚀性液体或
气体 ,其内壁极易被腐蚀变薄而影响其使用寿命。为了激励出合适的导波模态检测容器内壁的
隐蔽腐蚀缺陷 ,本文对一块 2. 76mm厚并蚀刻了一个人工腐蚀缺陷的钢板进行了检测。实验中 ,
采用了一发一收法 ,并分别激励了对称模态 S1和反对称模态 A1对该缺陷进行了检测。利用短
时傅立叶变换对接收到的时域信号进行了时频分析 ,得到各导波模态的模态转换 ,频散和衰减
结果。通过对比可以看出 , S1模态更适用于检测隐蔽腐蚀缺陷。结果显示 ,通过选取合适的模
态 ,导波检测方法有可能用于大型容器和储罐内壁腐蚀缺陷的检测。
关键词 : 兰姆波 ; 板 ; 短时傅立叶变换 ; 腐蚀缺陷 ; 模态
中图分类号 : O348. 8 文献标识码 : A
1 引言
在石油、天然气、化工和石化行业中 ,许多大型容器和储罐常用来储存带有腐蚀性液体或气体 ,其内
壁极易被腐蚀变薄而影响其使用寿命。然而在液体或气体不排空的情况下 ,容器内壁的大部分腐蚀缺
陷很难被检测到。因此 ,需要一种快捷方便的无损检测方法对这种隐藏并无法接触到的腐蚀缺陷进行
在役检测。由于兰姆波在板中传播时声场遍及整个壁厚 ,传播距离较长并且衰减较小 ,因此兰姆波常用
于板状材料的检测
[ 1 ]
。周晚林等
[ 2 ]
利用兰姆波对层合板冲击损伤进行了检测。然而 ,由于在任意频率
下至少存在两种模态 ,并且某些模态在高频时频散严重 ,从而使得兰姆波检测变得十分复杂。因此 ,在
实验中 ,必须选择合适模态对不同类型的缺陷进行检测
[ 3 ]
。P. W ilcox等
[ 4 ]
分析了用于缺陷检测的兰姆
波模态选择及激励方法。许多学者研究了兰姆波对划痕和穿孔等不同缺陷的敏感性
[ 5 - 7 ]
。然而 ,利用
兰姆波对板状结构中的腐蚀缺陷 ,特别是隐藏腐蚀缺陷的检测研究则相对较少。
由于激励模态的频散特性和模态转换 ,信号中常存在多个模态 ,它们相互叠加 ,从而从时域中根本
无法辨别出各自的模态。现在对兰姆波模态识别常用的方法是通过实验中测得各个模态的群速度值 ,
并将其与理论上的值相比较 ,从而确定不同的模态。时频分析方法如短时傅立叶变换常用于对接收信
号中各模态的识别分析
[ 7 - 10 ]
。本文简要分析了导波传播中的特性 ,并用短时傅立叶变换的方法分析和
确定接收信号中存在的不同模态。通过时频分析 ,可以确定信号中存在的模态转换现象 ,频散和衰减
等 ,从而得到缺陷存在有无的信息。同时通过分析不同模态对缺陷的敏感程度 ,选择适合的模态用于对
板状结构中隐蔽腐蚀缺陷的检测。
3
收稿日期 : 2004 - 07 - 21; 修订日期: 2005 - 01 - 16
基金项目 : 国家自然科学基金
(
10272007, 10372009
)
、北京市自然科学基金重点项目
(
3011001
)
,北京市教委科技发展计划项目
通讯作者 : 刘增华
(
1973 -
)
,男 ,博士研究生。主要从事超声导波在多层结构中传播特性的研究。
Email: LZHBULL@emails. bjut. edu. cn
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