Page 52 - 《应用声学》2023年第4期

714 2023 年 7 月

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图 5 弯管几何模型的建立和 PZT 布局
Fig. 5 Establishment of geometric model and PZT layout of elbow
表 1 PZT-5H 材料属性 2.2 激励信号的选择与椭圆形冲蚀缺陷几何尺寸
Table 1 Properties of the PZT-5H patch 与位置的控制方法
使用超声波技术，对弯管椭圆形冲蚀缺陷进行
参数 数值
识别。需对超声波在含有缺陷弯管结构中的传播过
 
12.7 8.02 8.47 0 0 0
 
  程进行超声数值模拟，主要包括模拟超声波的激励、
 0 12.7 8.47 0 0 0 
 
  传播和接收 3 个过程，其中超声波的激励会直接影
弹性矩阵  0 0 11.7 0 0 0 
  10
 × 10
E
c /Pa  0 0 2.29 0 0  响到超声的传播与接收效果。通过有限元分析，针
 0


ij
 
 
 0 0 0 0 2.29 0  对弯管进行激励信号的周波数选择。本文采用周波
 
0 0 0 0 0 2.35 数为 n 的汉宁窗加权的正弦脉冲激励信号 (中心频
 
0 0 0 0 17.05 0 率为60 kHz，幅值为10 V)，结果如图6所示。
耦合矩阵  


e Es /(C·m −2 )  0 0 0 17.05 0 0  结果表明，随着周波数的增加，接收端 PZT 时


ij
−6.62 −6.62 23.24 0 0 0
域信号具有更加明显的波形特征，峰值的幅值相近；
 
1704.4 0 0 但在信号周期与采样频率相同前提下，随着周波数
 
相对介电常数  0 1704.4 0 


  增加，接收信号的数据点随之增加，导致仿真计算量
0 0 1433.6
增加。综合考虑，本文选择周波数为 5 的激励信号，
密度 ρ/(kg·m −3 ) 7500
如图7所示。