基于超聲導波的管道損傷檢測技術研究.pdf

1、火炮是現代戰(zhàn)爭中不可缺少的武器裝備，其安全性和可靠性一直備受關注。據統計，身管損傷是導致火炮事故的重要原因，因此實現身管損傷的及時檢測并采取一定的措施避免災難性事故的發(fā)生具有重要意義。目前常用的身管損傷檢測技術主要局限于表面缺陷且檢測效率較低、漏檢率高，因此迫切需要研究新的檢測方法。超聲導波由于檢測范圍廣、效率高、可以探測到結構內部損傷等優(yōu)點在無損檢測領域得到了廣泛的關注。這種方法根據聲波遇到損傷時發(fā)生的反射、散射等現象來檢測和評價損傷

2、，原理相對簡單，但要應用到身管這類復雜管道結構（膛線、凸臺、安裝孔等）還有許多問題需要深入研究，包括損傷與超聲導波的作用機理、損傷特征提取方法和損傷定位方法。
　　針對上述問題，本文以火炮損傷檢測為背景，以管道類結構為對象，對超聲導波在管道類結構中的傳播特性、信號處理算法、損傷的檢測與定位方法、非線性超聲導波在微裂紋損傷檢測中的應用開展了理論、仿真和試驗方面的研究。主要工作包括：
　　1.分析了超聲導波在管道中的傳播特性及其

3、與損傷的相互作用規(guī)律。
　　從 Navier波動控制方程出發(fā)推導了管道中導波的波動方程，通過數值求解分析了超聲導波在管道中的頻散特性和波結構特性；利用ANSYS軟件建立了超聲導波與損傷相互作用的有限元模型，根據仿真獲取了損傷對導波信號的影響規(guī)律，為超聲導波檢測試驗系統的搭建和試驗參數選取提供了理論依據。
　　2.開展了基于超聲導波的管道結構裂紋損傷檢測試驗研究，并研究了超聲導波信號處理算法。
　　在理論分析的基礎上，搭

4、建了超聲導波檢測試驗系統，開展了管道結構裂紋損傷超聲導波檢測試驗。針對超聲導波信號非平穩(wěn)多分量的特性，選擇Hilbert-Huang變換作為信號處理工具，提取了損傷特征參數，實現了管道損傷的軸向定位，并分析了產生定位誤差的原因和影響因素。
　　3.研究了基于時間反轉的超聲導波增強檢測方法。
　　針對超聲導波頻散和多模態(tài)效應導致損傷定位誤差較大的不足，研究了基于時間反轉的導波增強檢測方法。從理論上推導了時間反轉聲場的表達式，證

5、明了其時間-空間聚焦效應；開展了時間反轉超聲導波檢測試驗，試驗結果表明，時間反轉方法可以抑制導波的頻散和多模態(tài)效應，實現能量的自適應聚焦，提高損傷回波的幅值，增強損傷的軸向定位精度。
　　4.探索了非線性調制超聲導波方法在管道結構微裂紋損傷檢測中的應用。
　　針對線性超聲導波對微裂紋和閉合裂紋不敏感的問題，探索了非線性調制超聲導波在管道結構微小閉合裂紋損傷檢測中的應用。試驗結果表明，相對于線性導波方法，非線性調制超聲導波對微