国外起步较早,通过建立导波理论解释物理现象,再应用到无损检测领域。目前导波激励方法的研究更多集中在
传感器
的选择上,其中以
压电传感器
最为普遍。此外还有压电薄膜技术(PVDF)、磁致伸缩技术和电磁(EMAT)技术。
由于研究波导结构中导波同缺陷关系问题的复杂性,因此对管道传播特性和缺陷检测原理,目前主要通过数值计算的方法研究理想条件下导波同结构中待检测缺陷的相关关系。
目前研究导波问题主要通过两种数值计算方法:有限元法和边界元法。
[1]
在无限均匀介质中传播的波称为
体波
,体波有两种:一种叫做纵波(或称疏密波、无旋波、拉压波、P波);一种叫做横波(或称剪切波、S波),它们以各自的速度传播而无波形耦合。
而在一弹性半空间表面处,或两个弹性半空间表面处,由于介质性质的不连续性,
超声波
经过一次反射或透射而发生波形转换。随后,各种类型的反射波和透射波及界面波均以各自恒定的速度传播,而传播速度只与介质材料密度和弹性性质有关,不依赖于波动本身的特性。然而当介质中有多于一个的界面存在时,就会形成一些具有一定厚度的“层”。位于层中的超声波将要经受多次来回反射,这些往返的波将会产生复杂的波形转换,并且波与波之间会发生复杂的干涉。
若一个弹性半空间被平行于表面的另一个平面所截,从而使其厚度方向成为有界的,这就构成了一个无限延伸的弹性平板。位于板内的纵波、横波将会在两个平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方向行进,即平行的边界制导超声波在板内传播。这样的一个系统称为平板超声波导。在此板状波导中传播的超声波即所谓的板波。
板波是超声无损检测中最常用的一种导波形式,由20世纪初究无限大板中正弦波问题而得名。除此之外,圆柱壳、棒及层状的弹性体都是典型的
波导
。其共同特性是由两个或更多的平行界面存在而引入一个或多个征尺寸(如壁厚、直径等)到问题中来。在波导中传播的超声波称为超声导波,在圆柱和圆柱壳中传播的导波称为柱面导波。
那些以小于横波全反射角射向井壁又多次在井壁间反射的波,每在井壁反射一次,就会有部分
能量
透射到井外,这部分波在井内传播径向也产生干涉效应形成导波。由于能量不断的被
泄漏
到井外,这类导波是衰减的,称为泄漏模式波,或简称
漏模
。以纵、横波临界角射向井壁的反射波,称为回响波,也构成导波的一部分。
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[1] 何存富,郑明方,吕炎,邓鹏,赵华民,刘秀成,宋国荣,刘增华,焦敬品,吴斌. 超声导波检测技术的发展、应用与挑战[J]. 仪器仪表学报,2016,(08):1713-1735.
[2] 马书义,武湛君,刘科海,王奕首. 空心圆管中导波频散特性与检测频率选择[J/OL]. 机械工程学报,2014,(20):8-17.