Page 51 - 《应用声学》2023年第4期
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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
Ԧ࠱ Ԧ࠱ Ԧ࠱
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(a) θ=0° (b) ᎥᬞनݽևՔϠረ (c) ᎥᬞևՔϠረܸ
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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