本发明专利技术公开了一种超声导波最佳激励频率选取方法、装置、设备及存储介质，所述方法应用于聚脲防腐管道超声导波检测，包括：构建聚脲防腐管道仿真模型；以聚脲防腐管道中超声导波传播的频散曲线为依据，选取L(0,2)纵波在非频散段的频率范围作为最佳激励频率的可选范围；在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中分别加载不同激励频率下的L(0,2)纵波，对接收端收集到的信号进行数据平均处理，获取一定时长内不同频率下L(0,2)纵波在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中传播的时程曲线；结合衰减特性分析，选取最佳激励频率。本发明专利技术针对聚脲防腐管道中的不同损伤程度的微弱缺陷可以进行有效识别与定位，同时也表明了聚脲防腐管道中利用超声导波检测技术实现检测的可行性。检测技术实现检测的可行性。检测技术实现检测的可行性。
【技术实现步骤摘要】
超声导波最佳激励频率选取方法、装置、设备及存储介质
[0001]本专利技术涉及一种超声导波检测技术，尤其是一种超声导波最佳激励频率选取方法、装置、系统及存储介质，属于无损检测
技术介绍
[0002]目前国内的埋地管道大多应用在天然气、石化燃气、石油、市政污水等输送行业。由于长时间的使用以及深埋地下，管道的外表层尤为容易受到地下复杂环境因素的影响而发生腐蚀，从而导致管壁变薄或出现裂纹而引起气体或液体泄漏等安全事故。因此，选用合适的防腐管道并对管道进行有效的检测显得至关重要。
[0003]随着近年来各类型防腐材料的不断更新发展，以往的粘弹性防腐层，诸如沥青、环氧煤沥青、熔结环氧粉末等传统涂料已不再满足于当前防腐性能的需求，而聚脲涂料作为近些年发展起来的新型防腐材料，以其优良的耐腐蚀性和良好的物理性能，以及固化速度快，对环境无污染，对温度、湿度影响不敏感等优势受到青睐。
[0004]实际上，对于防腐管道的检测手段多采用超声导波无损检测技术，通过激励出低频扭转波或者纵波，沿着波导能传播很远的距离，而且信号能量衰减的程度也较小；其次，超声导波的声场能遍及整个管道的管壁，对管道中因腐蚀引起开裂的检测敏感性较高，同时还具有方便可靠，经济等优点，可实现长距离管道的无损检测。
[0005]超声导波沿着管道纵向传播时，L(0,2)模态具有较大的振动轴向位移，对于管道中存在的周向缺陷，其识别敏感度较高；同时还具备传播速率快，激励和接收信号的效率高等优势，适合长距离管道的检测。
[0006]在利用超声导波对聚脲防腐管道检测过程中，需要选取合适的激励频率。因此，对聚脲防腐管道中超声导波的传播特性分析必不可少，同时也需要考虑到粘弹性防腐层对导波能量的吸收，结合导波在聚脲防腐管道中传播的衰减规律，借助有限元仿真分析，能更快、更有效地选出最佳激励频率，提高检测的效率。
技术实现思路
[0007]有鉴于此，本专利技术提供一种超声导波最佳激励频率选取方法、装置、系统、计算机设备及存储介质，其针对聚脲防腐管道中的不同损伤程度的微弱缺陷可以进行有效识别与定位，同时也表明了聚脲防腐管道中利用超声导波检测技术实现检测的可行性。
[0008]本专利技术的第一目的是提供一种超声导波最佳激励频率选取方法。
[0009]本专利技术的第二目的是提供一种超声导波最佳激励频率选取装置。
[0010]本专利技术的第三目的是提供一种计算机设备。
[0011]本专利技术的第四目的是提供一种计算机可读存储介质。
[0012]本专利技术的第一目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0013]一种超声导波最佳激励频率选取方法，应用于聚脲防腐管道超声导波检测，所述方法包括：
[0014]构建聚脲防腐管道仿真模型；
[0015]以聚脲防腐管道中超声导波传播的频散曲线为依据，划定L(0,2)纵波在非频散段的频率范围作为最佳激励频率的可选范围；
[0016]在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中分别加载不同激励频率下的L(0,2)纵波，对接收端收集到的信号进行数据平均处理，获取一定时长内不同频率下L(0,2)纵波在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中传播的时程曲线；
[0017]结合L(0,2)纵波在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中的衰减特性分析，选取最佳激励频率。
[0018]进一步的，所述构建聚脲防腐管道仿真模型，具体包括：
[0019]通过分析聚脲防腐管道的解析模型，判断聚脲防腐管道近似为各向同性的粘弹性
‑
弹性材料双层圆柱体理想化结构，并假设粘弹性聚脲防腐层和弹性管道之间的接触面是紧密结合的，不发生任何相对位移；
[0020]选用三维实体单元作为弹性管道，设置弹性管道相应的材料密度、杨氏模量以及泊松比，所述弹性管道的材料为钢管或铜管；
[0021]选用二维壳单元作为粘弹性聚脲防腐层，设置粘弹性聚脲防腐层相应的材料密度、杨氏模量，泊松比以及粘弹性；
[0022]根据聚脲防腐管道中各层表面应力和位移边界条件的关系，对弹性管道外表面与粘弹性聚脲防腐层内表面设置相互接触对，并进行面与面的约束绑定处理；
[0023]在距离聚脲防腐管道端口一定范围内进行局部防腐层的剥离，同时在激励端的同一位置设置接收端。
[0024]进一步的，所述聚脲防腐管道中各层表面应力和位移边界条件的关系，如下：
[0025]r＝a处管道内表面：
[0026]r＝b处管道外表面与防腐层内表面的交界面：r＝b处管道外表面与防腐层内表面的交界面：
[0027]r＝c处防腐层的外表面：
[0028]其中，σ
rz
和σ
rr
分别表示切向应力和法向应力；u
z
和u
r
分别表示切向和法向位移场；e、v分别表示弹性管道与粘弹性聚脲防腐层。
[0029]进一步的，所述对弹性管道外表面与粘弹性聚脲防腐层内表面设置相互接触对是对切向行为和法向行为的定义，其中切向行为的摩擦公式设置为“粗糙”，法向行为的压力过盈默认为“硬”接触。
[0030]进一步的，所述对弹性管道外表面与粘弹性聚脲防腐层内表面设置相互接触对时，根据划分分区逐个设置，并以弹性管道为主面，粘弹性防腐层为从面；力学公式计算选择“运动接触法”，则根据动力学修正接触算法；滑移公式选择“有限滑移”；
[0031]所述进行面与面的约束绑定处理时，根据划分分区逐个设置，确保两表面上的每个结点的相对位移保持一致。
[0032]进一步的，所述在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中分别加载不同激励频率下L(0,2)纵波，具体包括：
[0033]采取“表面加载”的方式沿裸管和聚脲防腐管道仿真模型纵向施加环向荷载，以模拟不同激励频率下L(0,2)纵波的信号加载。
[0034]进一步的，所述结合L(0,2)纵波在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中的衰减特性分析，选取最佳激励频率，具体包括：
[0035]根据L(0,2)纵波在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中的衰减特性，得到衰减值以及衰减系数的计算公式如下：
[0036][0037][0038]其中，i＝1,2分别表示L(0,2)纵波在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中传播；A1为激励端信号的峰值；A2为第一次端面回波信号峰值的一半；α为L(0,2)纵波通过聚脲防腐管道仿真模型时的衰减系数；L为管道的长度；
[0039]通过计算衰减值以及衰减系数，得到不同频率下L(0,2)纵波在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中传播的衰减规律和L(0,2)纵波通过聚脲防腐管道时衰减系数的变化趋势；
[0040]将L(0,2)纵波通过聚脲防腐管道仿真模型时衰减值和衰减系数最低对应的激励频率作为最佳激励频率。
[0041]本专利技术的第二目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0042]一种超声导波最佳激励频率选取装置，应用于聚脲防腐管道超声导波检测，所述装置包括：
[0043]构本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超声导波最佳激励频率选取方法，应用于聚脲防腐管道超声导波检测，其特征在于，所述方法包括：构建聚脲防腐管道仿真模型；以聚脲防腐管道中超声导波传播的频散曲线为依据，划定L(0,2)纵波在非频散段的频率范围作为最佳激励频率的可选范围；在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中分别加载不同激励频率下的L(0,2)纵波，对接收端收集到的信号进行数据平均处理，获取一定时长内不同频率下L(0,2)纵波在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中传播的时程曲线；结合L(0,2)纵波在裸管和聚脲防腐管道仿真模型中的衰减特性分析，选取最佳激励频率。2.根据权利要求1所述的超声导波最佳激励频率选取方法，其特征在于，所述构建聚脲防腐管道仿真模型，具体包括：通过分析聚脲防腐管道的解析模型，判断聚脲防腐管道近似为各向同性的粘弹性
‑
弹性材料双层圆柱体理想化结构，并假设粘弹性聚脲防腐层和弹性管道之间的接触面是紧密结合的，不发生任何相对位移；选用三维实体单元作为弹性管道，设置弹性管道相应的材料密度、杨氏模量以及泊松比，所述弹性管道的材料为钢管或铜管；选用二维壳单元作为粘弹性聚脲防腐层，设置粘弹性聚脲防腐层相应的材料密度、杨氏模量，泊松比以及粘弹性；根据聚脲防腐管道中各层表面应力和位移边界条件的关系，对弹性管道外表面与粘弹性聚脲防腐层内表面设置相互接触对，并进行面与面的约束绑定处理；在距离聚脲防腐管道端口一定范围内进行局部防腐层的剥离，同时在激励端的同一位置设置接收端。3.根据权利要求2所述的超声导波最佳激励频率选取方法，其特征在于，所述聚脲防腐管道中各层表面应力和位移边界条件的关系，如下：r＝a处管道内表面：r＝b处管道外表面与防腐层内表面的交界面：r＝b处管道外表面与防腐层内表面的交界面：r＝c处防腐层的外表面：其中，σ
rz
和σ
rr
分别表示切向应力和法向应力；u
z
和u
r
分别表示切向和法向位移场；e、v分别表示弹性管道与粘弹性聚脲防腐层。4.根据权利要求2所述的超声导波最佳激励频率选取方法，其特征在于，所述对弹性管道外表面与粘弹性聚脲防腐层内表面设置相互接触对是对切向行为和法向行为的定义，其中切向行为的摩擦公式设置为“粗糙”，法向行为的压力过盈默认为“硬”接触。5.根据权利要求2所述的超声导波最佳激励频率选取方法，其特征在于，所述对弹性管道外表面与粘弹性聚脲防腐层内表面设置相互接触对时，根据划分分区逐个设置，并以弹性管道为主面，粘弹性防腐层为从面；力学公式计算选择“运动接触法”，则根据动力...
【专利技术属性】
技术研发人员：马宏伟，梁灝然，武静，刘仲铭，邹厚德，
申请(专利权)人：广东工业大学东莞市轨道交通有限公司，
类型：发明
国别省市：
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