Page 51 - 《应用声学》2023年第4期

第 42 卷 第 4 期 王畅等： 弯管缺陷尺寸与位置对超声波传播特性影响 713

与右侧的超声波能量开始出现差异，根据图 4(b) 可 存在差异，使得右侧的超声波能量发生改变；当θ 再
知，缺陷偏向右侧，当 θ 开始增加，缺陷位于激发点 增加超过一定角度 (图 4(c))，缺陷远离超声波主要
与接收端右侧直线区域处，右侧超声波透射效果会 传播路径，此时θ 对接收端的超声波能量影响变小。

༏ԧቫ ψ=90° (ψ 1,θ=0O) L(90O)
Ꭵᬞ

ψ 1
Ꭵᬞ Ꭵᬞ
Ꭵᬞ (ψ 1 ,θ=0O) (ψ 2 ,θ=0O)
θ=0O
ψ 2 (ψ 2 ,θ=0O)
(ψ 1/90)TL
90°
90°
90°
(ψ 2/90)TL
ଌஆቫ ψ=0°
(a) ᄱՏᎥᬞͯ̆िኮˀՏᣉՔͯᎶ (b) ᡔܦฉᯫ൓҂᣺Ꭵᬞܫᄊ͜୧ᡰሏ

图 3 相同几何尺寸缺陷位于弯管不同外拱背角度
Fig. 3 Defects of the same geometric dimension are located at different camber back angles of the bend

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(a) θ=0° (b) ᎥᬞनݽևՔϠረ (c) ᎥᬞևՔϠረ᣿ܸ

图 4 相同几何尺寸缺陷位于弯管不同圆周角
Fig. 4 Defects with the same geometric dimension are located at different circumference angles of the bend

处设置 PZT。其中 A 处为弯管激励端，使用一片
2 数值模拟
PZT 作为致动器，用于激励超声波；B 处为弯管接
2.1 建立几何模型 收端，使用 4 片 PZT 作为传感器 (4 片 PZT 均匀分

弯管的截面外直径为 116 mm，截面壁厚为 布在弯管周向位置，用于接收含缺陷的特征信号，
8 mm，弯曲半径为 158 mm。如图 5(a) 所示，在 如图 5(b) 所示)；因弯管外表面为曲面，弯管无法与
弯管外拱背角度 ψ 及圆周角 θ 处建立几何尺寸为 PZT在几何上直接耦合，所以设置凸台将PZT与弯
2a × 2b × c 的椭圆形冲蚀缺陷，用于表征弯管因冲 管外表面进行耦合，如图5(a)所示。
蚀损伤形成的椭圆形 [20] 缺陷。其中，a 和 b 用于控 对建立的几何模型添加相应的材料属性，弯
制椭圆形冲蚀缺陷与弯管内表面之间的面积，2a 为 管 与 凸 台 的 材 料 属 性 设 置 为 结 构 钢， 密 度 为
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缺陷长度，2b 为缺陷宽度；c 表示椭圆形冲蚀缺陷的 7850 kg/m ，弹性模量为 200 GPa，泊松比为 0.3；
深度。 PZT 的材料属性 (表 1) 设置为 PZT-5H [22] ，完成对
弯管几何模型建立后，在 90 弯管的 A 和 B 两 超声数值模拟几何模型的建立。
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