【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声检测，尤其是涉及一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法及系统。
技术介绍
1、承压设备是能够容纳和承受内部或外部压力的各种工业设备和容器。这些设备通常用于存储、输送、处理或加工液体或气体，并且必须设计得足够坚固，以防止泄漏或爆炸等危险情况发生。承压设备焊缝是连接承压设备中不同部分或组件的关键接口，必须经过仔细的设计、制造和检测，以确保设备的完整性和安全性。其应选择适当的焊接过程对于确保焊缝质量至关重要，同时选择合适的焊接材料，它必须与承压设备的材料兼容，并且具有足够的强度和耐腐蚀性。焊缝必须经过严格的检测和检验，以确保没有裂缝、孔隙或其他缺陷。常用的焊缝检测方法包括超声波检测、x射线检测、磁粉检测、涡流检测等。
2、承压设备焊缝的超声相控阵微裂缝检测是一种非破坏性检测方法，通过使用超声相控阵技术来检测焊缝中的微小裂缝和缺陷。这种方法在确保设备完整性和安全性方面非常重要，尤其是对于用于储存或运输压力液体或气体的容器和管道。超声相控阵（ultrasonicphasedarray）是一种应用于超声波检测和成像的先进技术。它利用多个发射和接收元件（通常是超声波传感器或晶片）来产生和接收超声波信号，从而实现目标物体的成像和缺陷检测。相控阵技术的主要原理是通过控制每个元件的相位（信号发射和接收的时间差）来调整超声波束的方向和焦点，从而实现在不同方向和深度上的成像。
3、超声相控阵微裂缝检测在承压设备焊缝的应用中是一种先进的非破坏性检测技术，但它仍然存在一些缺陷和改进的空间，例如，超声相控阵技术
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法及系统。
2、第一方面，本专利技术提供了一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，该方法包括以下步骤：
3、s1、获取待检测设备的材料属性参数，建立有限元模型，再通过有限元网格插入裂纹元素的方式进行模拟微裂纹的缺陷建模；
4、s2、设定超声相控阵的初始控制参数，依据初始控制参数对待检测设备进行实际超声波相控阵检测，并实时采集实测声波数据；
5、s3、利用有限元模型模拟超声相控阵的声场传播，执行模拟微裂纹的检测，并记录模拟检测过程中的模拟声波数据；
6、s4、将模拟声波数据与实测声波数据进行对比分析，再利用自适应控制算法对超声相控阵的控制参数进行自适应调节；
7、s5、对接收到的实测声波数据进行识别，实现待检测设备中存在的微裂纹数量、位置、尺寸及类型的识别定位；
8、s6、依据模拟检测结果与识别定位的结果对超声相控阵的检测精度以及自适应控制算法的性能进行验证，并依据验证结果进行优化迭代。
9、进一步地，获取待检测设备的材料属性参数，建立有限元模型，再通过有限元网格插入裂纹元素的方式进行模拟微裂纹的缺陷建模包括以下步骤：
10、s11、获取待检测设备的材料属性参数，该材料属性参数包括密度、传播声速、弹性模量、泊松比及材料吸收系数；
11、s12、预先设定待检测设备的尺寸属性参数，搭建该待检测设备的三维模型，再利用有限元仿真软件建立融入超声相控阵的有限元模型；
12、s13、将有限元模型划分若干有限元网格，且每个有限元网格的最大尺寸小于等于激励信号最小波长的十分之一；
13、s14、随机在有限元模型中的任一有限元网格中插入裂纹元素，形成模拟微裂纹，并记录每个模拟微裂纹的模拟裂纹参数；
14、s15、依据检测需求为有限元模型设定声波源的边界条件。
15、进一步地，设定超声相控阵的初始控制参数，依据初始控制参数对待检测设备进行实际超声波相控阵检测，并实时采集实测声波数据包括以下步骤：
16、s21、在待检测设备的检测安装位置布置探头阵列，设定探头阵列的初始控制参数，包括初始发射角度、初始接收设置及初始成像参数；
17、s22、单个探头阵列包括 n个阵元，首先激发第一阵元发射超声波，其余所有阵元接收回波，并依次记录该第一阵元的接收回波数据，接收完毕后激发第二阵元发射超声波，其余所有阵元接收回波，并依次记录该第二阵元的接收回波数据，依次类推，直至激发至第 n阵元，并记录所有阵元的接收回波数据，得到一个 n× n的全矩阵数据集；
18、s23、利用全矩阵数据集计算每个阵元超声回波幅值，作为实测声波数据，并利用超声回波幅值建立二维成像。
19、进一步地，利用全矩阵数据集计算每个阵元超声回波幅值，作为实测声波数据，并利用超声回波幅值建立二维成像包括以下步骤：
20、s231、按照探头阵列内部阵元的排列将待检测设备的待检测表面划分为 n× n个检测点，利用回波幅值公式计算每个检测点的超声回波幅值，该回波幅值公式的表达式为：
21、；
22、式中， e xi， yj表示第 i阵元发射、第 j阵元接收的超声回波叠加至第 k个检测点的幅值； xi， xj分别表示第 i阵元与第 j阵元的横坐标； n表示阵元的个数； f k表示第 k个检测点的超声回波幅值； t k表示声波从第 i阵元发射经过第 k个检测点达到第 j阵元所需时间；
23、s232、利用回波幅值公式计算同时间段内待检测设备的待检测表面内的每一个检测点的超声回波幅值，作为实测声波数据，并利用所有的超声回波幅值建立待检测设备的二维成像。
24、进一步地，将模拟声波数据与实测声波数据进行对比分析，再利用自适应控制算法对超声相控阵的控制参数进行自适应调节包括以下步骤：
25、s41、在模拟声波数据与实测声波数据中截取未检测微裂缝缺陷时的片段，分别作为模拟片段数据与实测片段数据；
26、s42、将模拟片段数据与实测片段数据进行对比分析，并将最小化差异与最大化信噪比作为优化目标构造成本函数；
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【技术保护点】
1.一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，所述获取待检测设备的材料属性参数，建立有限元模型，再通过有限元网格插入裂纹元素的方式进行模拟微裂纹的缺陷建模包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，所述设定超声相控阵的初始控制参数，依据所述初始控制参数对所述待检测设备进行实际超声波相控阵检测，并实时采集实测声波数据包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，所述利用所述全矩阵数据集计算每个阵元超声回波幅值，作为实测声波数据，并利用所述超声回波幅值建立二维成像包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，所述将所述模拟声波数据与所述实测声波数据进行对比分析，再利用自适应控制算法对所述超声相控阵的控制参数进行自适应调节包括以下步骤：
6.根据权利要求
7.根据权利要求5所述的一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，所述对接收到的所述实测声波数据进行识别，实现所述待检测设备中存在的微裂纹数量、位置、尺寸及类型的识别与定位包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，所述利用泰勒公式建立所述待检测设备的内应力公式包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，所述利用所述微裂纹的尺寸计算每个微裂纹处的内应力及其应力，并通过方向与数值判断该微裂纹的类型包括以下步骤：
10.一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测系统，用于实现权利要求1-9任一项所述基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，该系统包括：有限元模型模块、超声相控阵模块、模拟传播检测模块、自适应调节模块、微裂纹识别模块及验证优化模块；
...【技术特征摘要】
1.一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，所述获取待检测设备的材料属性参数，建立有限元模型，再通过有限元网格插入裂纹元素的方式进行模拟微裂纹的缺陷建模包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，所述设定超声相控阵的初始控制参数，依据所述初始控制参数对所述待检测设备进行实际超声波相控阵检测，并实时采集实测声波数据包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，所述利用所述全矩阵数据集计算每个阵元超声回波幅值，作为实测声波数据，并利用所述超声回波幅值建立二维成像包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种基于有限元模型的超声相控阵微裂纹检测方法，其特征在于，所述将所述模拟声波数据与所述实测声波数据进行对比分析，再利用自适应控制算法对所述超声相控阵的控制参数进行自适应调节包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于有...
【专利技术属性】
技术研发人员：金鸿飞，俞李洋，张磊，
申请(专利权)人：江苏省特种设备安全监督检验研究院，
类型：发明
国别省市：
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