一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法技术

一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法，涉及钢管周向定位损伤监测。在管道中间部位的上部建立外表面凹槽缺陷，将钢管右侧设定为固定，左侧自由，选择在左侧端部加载瞬时周向位移用于模拟扭转导波的激励。将钢管截面以圆心为中心均分成n个扇形部分，在距钢管左侧四分之一处，沿钢管外表面一圈设置n个信号提取点；对n个信号提取点所提取到的信号进行希尔伯特变化，定义出任意时刻的瞬时包络，所得数据结果绘制三维曲面图，观测直达波的波峰以及缺陷回波的波峰；提取各缺陷回波位置处最大值，将数值绘制成雷达图的形式，以圆截面的形式表示。采用扭转导波T(0,1)的监测方法，能更好地对缺陷周向位置进行定位，在缺陷监测中具有优越性。有优越性。有优越性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法


[0001]本专利技术涉及钢管损伤监测，尤其是涉及一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法。

技术介绍

[0002]当前采用超声导波对柱状构件，像是钢筋的损伤监测，可通过导波的时间差对缺陷的轴向位置进行定位判断。由于钢管比钢筋的截面积大得多，故缺陷在钢管表面出现的位置情况也比钢筋来的复杂。在对钢管缺陷研究中，不仅需要知道缺陷在钢管的轴向位置，更需要定位出其在圆周上的位置，才能对缺陷进行精准定位。采用超声导波对钢管的周向损伤进行定位，一般选择在钢管圆周表面上设置多个信号接收点，通过圆周上反射回波系数的大小而对缺陷进行周向定位(毛亚东,严有琪.基于导波反射系数的管道缺陷周向定位研究[J].信息技术,2016(06):63-65.)。当前采用超声导波对钢管进行周向损伤监测，多是选择纵向导波L(0,2)模态，而该模态为频散模态，在监测中出现模态转换的现象，从而导致导波能量降低、信号复杂，不利于对缺陷进行判断。
[0003]目前对钢管进行周向损伤监测，多是选择纵向导波L(0,2)模态，而该模态为频散模态，在监测中出现模态转换的现象，存在导波能量降低、信号复杂的缺点。通过对导波结构频散曲线及波形结构图的研究发现，扭转导波T(0,1)模态为非频散模态，使得导波信号纯净，对微小缺陷更敏感，能很好地解决当前存在的不足，更好地对钢管进行周向损伤定位。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供能更好地对钢管周向缺陷进行定位的一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法。/>[0005]本专利技术包括以下步骤：
[0006]1)在钢管中间部位的上部建立外表面凹槽缺陷，将钢管右侧设定为固定，左侧自由，选择在左侧端部加载瞬时周向位移用于模拟扭转导波的激励。
[0007]2)将钢管截面均分成n个扇形部分，在距钢管左侧四分之一处设置n个信号提取点；
[0008]3)对n个信号提取点所提取到的信号进行希尔伯特变化，定义出任意时刻的瞬时包络，并将所得到的数据结果绘制三维曲面图，观测直达波的波峰以及缺陷回波的波峰；
[0009]4)提取各缺陷回波位置处的最大值，将这些数值绘制成雷达图的形式，以圆截面的形式表示出来。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的优点：
[0011]从缺陷周向定位雷达图可以看出，无论是周向定位雷达图所呈现出来的结果图形，还是缺陷的回波幅值，采用扭转导波T(0,1)的监测方法较纵波L(0,2)方法来说，都能更好地对缺陷的周向位置进行定位，表现出扭转导波T(0,1)模态在缺陷监测中的优越性。
附图说明
[0012]图1是钢管信号提取示意图。
[0013]图2是各采样点处提取信号三维图。
[0014]图3是圆周表面缺陷深度3mm周向位置信号雷达图。
[0015]图4是纵波L(0,2)对不同深度缺陷监测结果。
[0016]图5是扭转波T(0,1)对不同深度缺陷监测结果。
具体实施方式
[0017]以下实施例将给合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0018]本专利技术实施例对钢管周向损伤定位的主要步骤如下：
[0019](1)首先在钢管中间部位的上部建立外表面凹槽缺陷，本实施例以缺陷长度为2cm，缺陷宽度为30度所对应的圆弧长损伤工况为例，设置不同的缺陷深度值。将钢管右侧设定为固定，左侧自由，选择在左侧端部分别加载瞬时周向位移和轴向位移用于模拟扭转导波与纵向导波的激励。监测采用的频率为50kHz，再对激励信号加窗处理。
[0020](2)将钢管截面划分成30个部分，在距钢管左侧四分之一处设置30个信号提取点，即每两个点之间的夹角为12
°
。信号提取示意图如图1所示。
[0021](3)对30个位置所提取到的信号进行希尔伯特变化，定义出任意时刻的瞬时包络，并将所得到的数据结果绘制三维曲面图，结果如图2所示。再提取各缺陷回波位置处的最大值，将这些数值绘制成雷达图的形式，以圆截面的形式表示出来。从图2中可以清晰的观测到直达波的波峰以及缺陷回波的波峰。同时可以发现，缺陷回波的波包并不是简单的连在一起，而是围绕这30个采样位置，大致出现了三个波包。
[0022](4)为了更直观地观察这些回波的关系，提取各缺陷回波位置处的最大值，将这些数值绘制成雷达图的形式，以圆截面的形式表示出来，结果如图3所示。
[0023]周向缺陷位置判定：
[0024]从图3中可以看出，所提取的信号峰值在圆截面上呈现一对称的“T”字型。图中扇形弧长部分表示缺陷在钢管外表面实际所在的位置，可以看出，其大致位于“T”字型的正上方，表明信号雷达图可以很好地表征缺陷在圆周上的位置。
[0025]算例结果：
[0026]图4和5分别为纵波L(0,2)与扭转波T(0,1)对不同缺陷深度监测的结果。从图中可以看出，采用纵波L(0,2)的方法，其最后的雷达图无法用一明确的图像表示出来，无法对缺陷的实际位置进行有效的定位；反之，随着缺陷深度分增加，采用扭转波的方法，其最后雷达图的“T”字图形越来越清晰明显，可以很好的对缺陷周向位置进行判断。同时从回波幅值对比可以看出，扭转波的最大反射率超过30％，而纵波则不超过20％，也表明扭转波能够更好的对缺陷周向位置进行定位。
[0027]因此，无论是从周向定位雷达图所呈现出来的结果图形，还是缺陷的回波幅值，采用扭转导波T(0,1)的监测方法较纵波L(0,2)方法来说，都能更好地对缺陷的周向位置进行定位，表现出扭转导波T(0,1)模态在缺陷监测中的优越性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法，其特征在于包括以下步骤：1)在钢管中间部位的上部建立外表面凹槽缺陷，将钢管右侧设定为固定，左侧自由，选择在左侧端部加载瞬时周向位移用于模拟扭转导波的激励；2)将钢管截面均分成n个扇形部分，在距钢管左侧四分之一处，沿管道外表面一圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑翥鹏，张子豪，雷鹰，
申请(专利权)人：厦门大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：