Page 101 - 《应用声学》2020年第4期

第 39 卷 第 4 期 贾九红等： 基于周向 SH0 导波的管道轴向缺陷定量表征 587

3.3 周向SH导波与轴向缺陷深度定量关系试验 系数的匹配度明显降低。检查分析发现实际管道厚
为了验证反射/透射系数与缺陷径向深度之间 度略低于理论值，故加工固定深度缺陷后的剩余厚
的定量关系，加工一组周向宽度为 π/180，轴向长度 度小于理论值，从而导致透射系数减小。
1 mm，轴向缺陷的深度分别为20%、40%、60%、80%
4 结论
和 100% 的含缺陷管件。通过试验得到轴向缺陷不
同深度的导波反射信号和透射信号。当缺陷的轴向 本文分析了周向 SH0 导波在管道中的群速度
长度和周向宽度不变时，试验中轴向缺陷深度的增 特性，周向 SH0 模态在截止频率以下群速度会随着
加使反射信号能量迅速增加，透射信号明显减小，即 频厚积变化而变化。但随着曲率半径的增大，群速
证明实际中反射信号和透射信号能量与轴向缺陷 度变化现象逐渐减弱；当曲率半径接近 ∞ 时，群速
深度具有很强的相关性。 度几乎不变。通过模拟和试验分析周向SH0导波与
同样将不同缺陷尺寸下的反射/透射信号能量 不同尺寸的管道轴向缺陷的相互作用，验证了周向
峰-峰值转化为对应的反射/透射系数，可得图 16和 SH0导波对轴向缺陷定量表征的可行性。结果表明，
图 17。分析可知试验中周向 SH 导波的反射系数随 对于轴向缺陷的长度，反射系数在初期快速增大，然
着缺陷深度的增加而逐渐增大，且增速略有增大；而 后增速逐渐变缓；透射系数则呈现先迅速降低后缓
透射系数则逐渐减小，且减小速度越来越快。说明 慢降低的趋势。对于缺陷深度，反射系数随着深度
轴向缺陷深度越大时，反射系数和透射系数对缺陷 的增加逐渐增大，且增速略有增大；透射系数则逐渐
深度的改变均越敏感。此外，在深度试验中，透射 下降且下降速度越来越快。综上可知当缺陷长度较

小、深度较大时，反射系数和透射系数对缺陷尺寸
Ꭵᬞ᫂ए1.0 mmവલ஝૶
100 的变化更为敏感。
Ꭵᬞ᫂ए1.0 mmࠄᰎ஝૶
80
Ԧ࠱ጇ஝/% 60 参 考 文 献

40 [1] 吴斌, 颉小东, 刘增华, 等. 厚壁管道周向导波检测技术实验
研究 [J]. 实验力学, 2011, 26(5): 625–631.
20
Wu Bin, Xie Xiaodong, Liu Zenghua, et al. Experimental
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 investigation on thick wall pipes based on circumferential
Ꭵᬞງए guided waves inspection technology[J]. Journal of Exper-
imental Mechanics, 2011, 26(5): 625–631.
图 16 反射系数模拟与实验值的比较 [2] Jia J H, Zhang C, Zhang Z Q, et al. A new method
Fig. 16 Comparison of simulated and experimen- for on-line monitoring of pressure-retaining equipment in
tal reflection coefficients nuclear power plants[J]. Procedia Engineering, 2015, 130:
1592–1597.
[3] Liu X C, Yang X L, Jia J H, et al. On-line safety moni-
100
toring of pressure-retaining equipment in power plants: a
review[C]. Health Monitoring of Structures and Biological
80
Systems XII, Denver, 2018.
ᤩ࠱ጇ஝/% 60 声学技术, 2001, 20(3): 131–134. Propaga-
[4] 他得安, 刘镇清, 田光春. 超声导波在管材中的传播特性 [J].
Ta De’an, Liu Zhenqing, Tian Guangchun.
40
tion characteristics of ultrasonic guided-waves in pipes[J].
Ꭵᬞ᫂ए1.0 mmവલ஝૶
Ꭵᬞ᫂ए1.0 mmࠄᰎ஝૶ Technical Acoustics, 2001, 20(3): 131–134.
20
[5] 何存富, 吴斌, 范晋伟. 超声柱面导波技术及其应用研究进
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 展 [J]. 力学进展, 2001, 31(2): 203–214.
Ꭵᬞງए He Cunfu, Wu Bin, Fan Jinwei. Advances in ultrasonic
cylindrical guided waves techniques and their applica-
图 17 透射系数模拟与实验值的比较
tions[J]. Advances in Mechanics, 2001, 31(2): 203–214.
Fig. 17 Comparison of simulated and experimen- [6] Rose J L. Ultrasonic waves in solid media[M]. Cambridge:
tal transmission coefficient Cambridge University Press, 1999.