超声导波检测技术国内外研究现状
时间:2016-12-15 19:26 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 国外的研究历史及现状 国外对超声导波检测技术研究可以追溯到20世纪50年代，对导波的研究同样经历了从理论推导到实验验证的过程；从简单的板中的导波理论研究到复杂的管中导波在管道缺陷检测的实际应用[2]。近年来，导波被应用到无损检测领域中去，特别是对薄板和管道进行检测。近年来，由于超声导波在管状结构及板材检测上的优越性，利用导波对各种类型、结构进行缺陷检测和性能评价早已经成为导波检测技术研究与应用的热门话题。 19世纪后期20世纪早期，J.Rayleigh和H．Lamb研究了自由状态下的各向同性板中弹性波的传播，首次推导出在平面应变假设下单层、各向同性自由板Rayleigh．Lamb超越方程，在已知板厚和弹性常数的情况下，该方程可用于确定在板内传播的波的波数和频率间的关系，只能采用数值方法求解；C.Cheer研究了弹性波在无限长圆柱杆中的传播；A．Love和J.Rayleigh利用板壳理论，假设波为轴对称运动，分析了波在空心圆柱壳中的传播；Un等利用板壳理论，建立Timoshenko模型，推导出波在空心圆柱壳中轴对称传播时频率与波数之间的关系[3]；1923年J．Gosh首先推导出波空心圆柱壳中传播过程的线弹性解。得到两个同轴圆柱体相套结构的频散方程，得到纵向轴对称模态的数值解，不过他没有对解的正确性进行讨论和数值分析。 20世纪中后期，Wooten(1957年)研究Lame波与板上的薄层缺陷的相互作用，首次讨论了Lamb波快速检测缺陷的可能性；D．C．Ghazis(1959年)对圆柱空腔中波在三文方向上的传播过程做了深入研究，推导出理论模型的两种模态(纵向拉伸波和扭转波)[4]；Viktor．I．A(1967年)研究了表面波和兰姆波的波动机理和基本的物理特性；Armenians等(1969年)详细讨论了圆柱壳中的弹性波传播理论，并指出在管线结构中存在着许多种模态，并给出了相速度频散曲线中可能出现的模态；D．F．Ball和D．Shearing(1976年)利用兰姆波检测到了薄板中的缺陷；Silk和Bain ton(1979年)利用压电陶瓷超声探头在热交换管道中激励出了超声导波，并对裂纹检测进行了实验，证明利用超声导波技术对管道检测的可能性；Cowmen．H和Attala．A(1988年)利用可聚焦的兰姆波的成像系统，记录了锥度角改变时，反射信号的幅度变化情况，从而得到各种兰姆波模态对固体薄层表面缺陷的不同灵敏度，该成像系统能够检测到极小的表面缺陷；Brook等(1990年)证明出了利用轴向导波对管道进行检测的可行性；Arena和Cowley(1992年)研究了板中的缺陷与Lamb波的相互作用情况，并分析了模态转换现象，提出模态选择的推荐值和应用超声导波检测的一些技术；D．A．Hutchins和D．Jansen(1992年)使用脉冲激光在薄铝板中激励产生兰姆波，并用两套专门设计的电磁声传感器(E脚)探测薄板中的兰姆波，并把接受到的信号用于晶相分析实验，得出兰姆波的低阶A0和S0模态可用于检测并扫描成像薄铝板中的反常区域的结论；Dmitri等(1992年)指出了导波模态的特征，如灵敏性和穿透性，在很大程度上依赖于模态出现的数量和激励频率。 近年来，英国帝国理工大学的1owe等人在理论研究方面做了很多工作，开发出了用于计算板和管中频散曲线的Disperse软件。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，对纵向导波技术的研究更加深入，用F(0,2)模态导波检测管道的技术已经比较成熟。Allen和Cowley(1996年)已对该模态在焊缝、管接头处的反射进行测试，证明了此模念可以在湿、干和外包层隔绝条件下沿管线传播几十米的距离，并研究了F(0，2)模态同管中缺陷相互作用后的反射状况，已经在导波管道检测实际应用方面取得一定成功；Hyson．J．S和Joseph．L．R(1999年)研究了有关在管道表面施加对称和非对称载荷的影响，通过理论分析和试验验证指出在管道表面施加3600载荷与1800均布载荷所产生出来的导波都是以“F（0，2）模态为主，并且二者区别不大；Michael．J．Q和Joseph．L．R(1999年)利用梳状传感器环列实现了多模态导波的激励，利用多模态导波技术检测了管道中的缺陷，利用所激发的F（0，3）导波成功地检测出了管道上的焊孔；Joseph．LR和Xiao ling Zhao(200)利用“弯曲模态调节技术"对管道弯头处进行了检测。在导波的激励方式上，国外已经发展了在管道上周向对称激励产生导波、利用梳状传感器在板上激励导波、利用相阵传感器阵列在管道上激励单向导波等技术，英国的Cowley和美国的Rose分别做出了各自的用于检测的传感器阵列。 (责任编辑：qin) |