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《管道超聲導波檢測技術研究進展ξ》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。
1、第17卷 第1期實 驗 力 學Vol.17No.12002年3月JOURNALOFEXPERIMENTALMECHANICSMar.2002文章編號:100124888(2002)0120001209X管道超聲導波檢測技術研究進展焦敬品,何存富,吳 斌,費仁元,王秀艷(北京工業(yè)大學機電學院,北京100022)摘要:綜述管道超聲導波檢測技術及其應用研究進展.著重對超聲導波技術和模態(tài)聲發(fā)射技術在管道檢測中的最新應用進行了評述,內容涉及超聲導波的傳播特性、實驗檢測方法及其數(shù)值模擬等.關鍵詞:管道;超聲導
2、波;模態(tài)聲發(fā)射;數(shù)值模擬中圖分類號:O348 文獻標識碼:A1 引言 管道作為五大運輸工具之一,在運輸液體、氣體、漿液等方面具有特殊的優(yōu)勢.世界上管道主要干線已達230多萬km,1994年末我國油氣管道干線已達17387km,城市供水系統(tǒng)更是極[1]為龐大的管道網(wǎng)絡.然而管道在長期使用中受沖刷和腐蝕導致管壁減薄,常常發(fā)生泄漏事故,不僅造成經(jīng)濟上的巨大損失,且會污染環(huán)境影響生態(tài)平衡.據(jù)統(tǒng)計世界各大中城市自來水[2]的泄漏損失率在20%左右.近年來有許多管道發(fā)生事故,更引起世人的極大關注.例如,
3、1993年委內瑞拉一條氣體管道發(fā)生泄漏,氣體爆炸,致使51人死亡;1994年美國新澤西州的一條管道泄漏,造成火災,致使1人死亡50多人受傷.近年來還有其他一些國家如俄羅斯、加拿大和英國等國家的管道發(fā)生各種事故的報道.據(jù)不完全統(tǒng)計,截止1990年,我國僅輸油管道在20年時間里,共發(fā)生大小事故628次.天然氣管道也曾多次發(fā)生事故,后果特別嚴重,給人[3]民生命財產(chǎn)造成了嚴重的損失.更為嚴重的是管道泄漏造成了嚴重的環(huán)境污染,加劇了原本已經(jīng)惡化的人類賴以生存的地球空間.盡管使用常規(guī)無損檢測方法(如超聲檢測
4、爬機、漏磁檢測爬機等)對管道檢測有著眾多的[4-9]優(yōu)勢所在,如技術成熟,只需對工人稍加培訓,就可以利用現(xiàn)有的專門設備進行檢測.但常規(guī)無損檢測技術都存在一個嚴重的不足:檢測過程為逐點掃描式,因此常規(guī)無損檢測方法不可X收稿日期:2001205223;修訂日期:2002202220基金項目:國家自然科學基金(19972003)、北京自然科學基金(3992006),北京市教委科技發(fā)展項目,教育部高等學校骨干教師資助計劃項目作者簡介:焦敬品(1973-),女,北京工業(yè)大學機電學院講師,在讀博士研究生.主要
5、研究領域:結構安全監(jiān)控研究.?1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.2 實 驗 力 學 (2002年)第17卷 能有效的用于當前工業(yè)中廣泛使用的成千上萬公里的管道檢測.而超聲導波檢測技術和模態(tài)聲發(fā)射技術是解決這一問題的潛在可行的方法.本文旨在概述超聲導波技術和模態(tài)聲發(fā)射技術在管道檢測中的最新研究進展及發(fā)展趨勢.2 超聲導波技術[10,11] 多年以來,超聲導
6、波在空心圓柱體中傳播課題的研究備受國外學者關注.Gazis利用[12,13]彈性理論求得簡諧波在無限長的空心圓柱體中傳播的通解.Greenspon也對彈性理論進行了研究,并且發(fā)表了有關圓柱殼彌散曲線和位移場的論文.由于工業(yè)生產(chǎn)中迫切需要先進的管道無損檢測技術,因此出現(xiàn)了將導波技術應用于管道缺陷檢測的研究.1979年,Thompson[14][15]等將EMAT(電磁聲傳感器)應用于蒸汽發(fā)電機管道的裂縫檢測.Silk和Bainton利用壓電超聲探頭在熱交換管道中激勵超聲導波,他們也對裂紋檢測進行了實
7、驗,證明了利用超聲導[16]波技術對管道檢測的可能性.Brooketal證明了利用柱狀導波對管道進行檢測的可行性,柱狀導波由管道一端施加法向載荷激勵.有趣的是Silk和Bainton利用L(0,1)模式導波對管道進行檢測,而Brook等利用的卻是L(0,2)模式導波.這是由于不同的激勵方法產(chǎn)生的不同的激勵模式.Silk和Bainton是從管道內部激勵導波的,而Brook等是從管道一端橫截面處激勵導波的.這些實驗證明了利用超聲導波對管道檢測的有效性,但是現(xiàn)場應用尚處于空白.根據(jù)選用導波模式數(shù)量的不同
8、,可將管道超聲導波檢測技術分為單一模式導波檢測技術和多模式導波檢測技術兩種方法.2.1 單一模式導波檢測導波模式的選擇是管道檢測系統(tǒng)的一個關鍵問題.若不能很好解決,導波技術就毫無優(yōu)勢可言.通常,激勵源將產(chǎn)生出在其頻率帶寬內的所有模式,導致接收信號非常復雜而無法分析.但是可通過某些特殊的激勵方式激勵單一模式的導波.目前,在國外超聲導波管道檢測中常用的單一模式導波為L(0,2)模式導波.這是因為此模式在以下幾方面具有顯著優(yōu)勢:1)在某一特定頻率附近的很寬頻率范圍內,此模式幾乎是非頻散的
