导波传播模式分析是钢轨长距离导波检测和振动噪声控制的基础。钢轨中的导波传播模式可以通过波数频率关系和对应的结构形变来有效识别。应用半解析有限元法（Semi-analytical finite element method,SAFE）,基于虚功原理构建导波在任意截面弹性波导中传播的控制方程,求解弹性波导中导波传播的频散曲线和结构形变。应用该方法求解0~8 k Hz频率范围自由状态CHN60型钢轨中导波传播的波数频散关系和结构形变,并讨论8个基本传播模式的特点。采用模态力锤及多传感器测量钢轨截面形变的模态分析试验方法得到钢轨横向和垂直振动模态导波的波数-频率系数,数值分析与试验结果相符合。
本研究采用有限元仿真软件建立了厚壁管道周向SH0模态导波检测模型,分析研究了周向SH0模态导波的波结构特征及其群速度,并利用该模态导波对不同壁厚位置缺陷进行了检测。结果表明:仿真计算与理论分析的波结构曲线基本吻合,同时声波传播速度与理论频散曲线中周向SH0模态导波在60 k Hz处的群速度相差很小,从而验证了该有限元模型的有效性;在针对不同壁厚位置缺陷的模拟检测中,周向SH0模态导波对外壁缺陷的检测灵敏度较高,中部缺陷稍低,内壁缺陷则难以检测到。
衍射时差法(Time of flight diffraction,TOFD)技术是一种能够探测和精确测量缺陷尺寸的新型超声无损检测方法,针对该检测方法具有缺陷检出率高、缺陷定位定量精度高等优点。本文采用商业有限元软件ABAQUS,对汽包筒体与球形封头不等厚对接和超高压水晶釜两种特殊几何构件进行了超声TOFD技术的二维数值模拟研究,分析了超声波在这两种构件中的传播特性和规律。经分析从构件表面不同位置接收到的波型,当构件中存在损伤时,通过接收损伤所引起的衍射波,可判断构件中是否存在缺陷。模拟结果表明能够将超声TOFD技术应用于这两种特殊结构的压力容器构件,可扩大超声TOFD技术的应用范围。
