Page 53 - 《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                                          715

                ଌஆቫႃԍࣨϙ/mV  -4 8 4 0                           ଌஆቫႃԍࣨϙ/mV  -4 8 4 0





                                                                 -8
                 -8
                                   0.108
                       0
                            0.054
                                    ௑ᫎ/ms 0.162  0.216  0.270        0     0.10   0.20   0.30    0.40   0.50
                                                                                    ௑ᫎ/ms
                                    (a) n=1                       8                 (b) n=2
                ଌஆቫႃԍࣨϙ/mV  -4 4 0                             ଌஆቫႃԍࣨϙ/mV  -4 4 0
                   8
                 -8
                     0
                                  0.288
                           0.144
                                        0.432
                                                                                       0.594
                                    ௑ᫎ/ms      0.576  0.720      -8  0   0.198  0.396 ௑ᫎ/ms   0.792  0.990
                                    (c) n=3                       8                (d) n=4
                ଌஆቫႃԍࣨϙ/mV  -4 4 0                             ଌஆቫႃԍࣨϙ/mV  -4 4 0
                   8
                 -8
                                                                 -8
                          0.24
                                                                                        0.90
                                 0.48
                     0
                                        0.72
                                    ௑ᫎ/ms      0.96   1.20          0     0.30   0.60 ௑ᫎ/ms    1.20   1.50
                                    (e) n=5                       8                 (f) n=6
                ଌஆቫႃԍࣨϙ/mV  -4 4 0                             ଌஆቫႃԍࣨϙ/mV  -4 4 0
                   8
                 -8
                                        1.02
                    0
                                                                                        1.26
                          0.34
                                 0.68
                                    ௑ᫎ/ms      1.36   1.70       -8  0    0.42   0.84  ௑ᫎ/ms   1.68   2.10
                                    (g) n=7                                        (h) n=8
                                                 图 6  激励信号周波数的选择
                                      Fig. 6 Selection of cycle number of the excitation signal

                                                               到的时域信号进行特征参量提取,对弯管椭圆形冲
                  10
                                                               蚀缺陷变化程度进行评估。对椭圆形冲蚀缺陷的几
                   5                                           何尺寸变化研究共分为3 类:第一类a和b增加,c保
                ႃԍࣨϙ/V  0                                      持不变;第二类 c 增加,a 和 b 保持不变;第三类 a、b


                                                               和c都增加。此外,本文也研究相同几何尺寸的椭圆
                 -5
                                                               形冲蚀缺陷在弯管不同位置对超声波传播过程的
                 -10
                                                               影响,通过接收端 4 片 PZT 采集到包含缺陷特征的
                       0      20     40     60     80
                                   ௑ᫎ/ms                       超声波信号,最终实现椭圆形冲蚀缺陷在弯管上的
                                                               定位。
                           图 7  超声波激励信号
                     Fig. 7 Ultrasonic excitation signal       2.3  数值模拟相关设置

                 使用椭圆形缺陷表征弯管因冲蚀损伤形成的                               对含缺陷的弯管进行超声数值模拟时,整个几
             凹坑,通过控制椭圆的几何尺寸,研究冲蚀缺陷几何                           何模型的离散化选用二次巧凑边点单元,相比于拉
             尺寸变化对在弯管中超声波传播过程的影响,并通                            格朗日单元,巧凑边点单元在声学仿真中表现出高
             过接收端 4 片 PZT 采集含缺陷特征的超声波信号,                       性能、高速度、高精度以及节省内存的优势。在软件
             研究弯管椭圆形冲蚀缺陷几何尺寸变化对超声波                             中对 PZT施加电压信号,通过逆压电效应产生超声
             传播的影响程度,最终通过对接收端 4 片 PZT 采集                       波,无需对凸台和弯管施加其他载荷 (位移);再通
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