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原文传递基于时间反转法的管道导波周向缺陷检测

论文题名：	基于时间反转法的管道导波周向缺陷检测
关键词：	管道设备;缺陷检测;周向定位;时间反转法
摘要：	管道在长期服役的过程中，腐蚀、疲劳破坏、管道内部潜在缺陷及加工缺陷的原因会致使管道开裂，不仅造成巨大的经济损失，也会同时对社会和环境产生严重的后果。因此，管道缺陷检测技术的研究与开发尤为重要。激励的直接导波在缺陷处发生模态转换，以致缺陷反射回波幅值减小，不利于缺陷的检测。而时间反转波能够在缺陷处发生聚焦，提高缺陷的检测与定位能力。本文基于时间反转导波场的聚焦理论，采用理论推导、数值模拟、实验采集系统开发以及实验验证的方法，将直接导波和时间反转波应用于不同类型的缺陷检测研究中，对管道缺陷进行周向定位。本文的具体研究内容如下：　　对时间反转波场的空间聚焦特性与时间聚焦特性进行推导，论证时间反转波的能量在缺陷处聚焦，提高缺陷反射回波的幅值，因而能够提高缺陷的检测、定位及识别能力。　　设定模拟分析参数，运用有限元软件AB AQ US对不同圆周夹角的缺陷、同轴向不同周向的双缺陷、不同轴向且不同周向的双缺陷、不同径向位置的周向缺陷以及不同孔径的圆孔型缺陷分别采用直接导波和时间反转导波进行模拟。结果表明，与直接导波法检测相比，时间反转导波对小缺陷及长距离缺陷检测的提升更为显著。时间反转波能有效提高缺陷反射回波的幅值，且在管道的周向方向上，对缺陷位置处的缺陷反射回波的幅值有更为显著的提升。由此可以判定，绘制的时间反转导波激励的缺陷反射回波幅值的圆周分布图中幅值较大且尖锐处即为缺陷所在的周向位置。　　制备具有不同圆周夹角周向缺陷、同轴向不同周向双缺陷、不同轴向且不同周向以及不同孔径的圆孔型缺陷的钢管及相关实验材料，利用接线端子对激励端压电片接线进行并联设计，并且对Lab VI EW前面板及程序框图进行改进，最终实现在激励端周向方向上同时激励超声导波信号，并于接收端同时采集缺陷反射回波信号的多通道数据采集系统。　　应用改进的多通道数据采集系统对具有不同圆周夹角的周向缺陷的钢管、同轴向不同周向的双缺陷的钢管、不同轴向且不同周向的双缺陷的钢管及不同孔径的圆孔型缺陷的钢管分别采用直接导波和时间反转导波进行信号激励。对缺陷反转回波信号进行采集，绘制缺陷反射回波信号幅值的圆周分布图。实验结果与模拟结果基本一致，验证了时间反转导波对小缺陷更为敏感，对长距离的缺陷检测效果有较大提升。　　运用均方根差法（RMSD）作为评价管道损伤程度的指标，分别给出不同圆周夹角周向缺陷、不同径向深度的周向缺陷及不同孔径的圆孔型缺陷进的损伤指标。结果表明，损伤指标RMSD与缺陷周向方向的尺寸成线性关系，可根据公式对缺陷尺寸进行定量分析。
作者：	陈睿锋
专业：	建筑与土木工程
导师：	段忠东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文