Page 82 - 无损检测2021年第四期

赵华民, 等:

厚壁管道轴向裂纹对 C-SH 0 模态反射特性的影响

号的波动。与非穿透裂纹相比, 对穿透裂纹, 由于裂 3.7 不同深度和轴向长度对 R 的影响
纹两端波的干扰, 其趋势呈现出较大的波动。 当周向 C-SH 0 波在含轴向裂纹的管道中传播
3.5 裂纹深度对 R 的影响 时, R 与裂纹尺寸的关系可以定量研究, 即在固定

图 9 为激励频率为 80kHz时不同裂纹深度对 轴向长度下 R 与裂纹深度的关系, 以及在固定深度
R 的影响曲线。相对深度定义为径向深度 d 与壁 下 R 与裂纹轴向长度的关系。设置了周向宽度为

之比。仿真中设置裂纹径向深度分别为 1.25 , 3.0 mm 的轴向缺陷来模拟轴向裂纹, 并改变轴向
厚 t a

2.5 , 3.75 ,…, 12.5 mm ( 以 1.25 mm 递增), 分别相 裂纹 的 深 度 和 长 度, 深 度 变 化 范 围 为 4% , 8% ,

的 10% , 20% , 30% ,…, 100% ( 以 10% 递 12% ,…, 100% 壁厚, 轴向长度由 2 , 4 , 6 , 8mm 逐渐
当于t a

对 R 变化至 60mm , 按照前文所述进行激励和分析。因
增)。分别在l 为 40 , 60mm 时研究不同 d / t a
的影响。裂纹宽度与之前的设置相同。 此, 仿真共包括 750 个三维管道模型, 激励模态为
。为 了 达 到 研 究 目 的,使 用 ABAQUS-
C-SH 0
P y thon进行参数化编程, 研究了 R 与裂纹尺寸之
间的关系( 见图 11 )。

图 9 激励频率为 80kHz时不同裂纹深度对 R 的影响曲线

模 态 在
对于相同 长 度 的 轴 向 裂 纹, 当 C-SH 0
管壁的外 表 面 或 内 表 面 传 播 时, R 具 有 相 同 的 变
模 态 的 波
化趋势。 原 因 是 在 低 频 范 围 内, C-SH 0
结构基本 相 同, 外 表 面 和 内 表 面 质 点 振 动 的 轴 向
位移也相同。
3.6 不同深度和频厚积对 R 的影响
在不同频厚积下, 反射系数随裂纹深度的变化

趋势如图 10 所示。保持管径不变( 141.3mm ), 壁厚

分别为12.5 , 15 , 16mm 。激励频率分别为65kHz和

80kHz , l=60 mm , d 分 别 取 4% , 8% , 12% ,…,
100% 壁厚。在5 种不同的频厚积下, R 具有很高的
相似性, 随着裂纹深度的增加而线性增加。频厚积

等于 1000kHz · mm 时的 R 大于 800kHz · mm 时

的。 当入射波激励频率为 65kHz时, 反射系数随壁 图 11 C-SH 0 模态 R 与缺陷尺寸关系的三维图形和
模 等值线图
厚的增加而增大。结果表明, 频厚积影响 C-SH 0
态的频散, 该结果也适用于其他壁厚。 利用 R 与相对缺陷尺寸( 长度和深度) 之间的
模态的 R 的 3D 图
两个定量关系, 可以获得 C-SH 0

像[ 见 图 11 ( a )]。 三 维 图 形 显 示 了 直 径 为 141.3
模态在 80kHz频率

mm 的钢管中, 当周向 C-SH 0
下传播时, 轴向范围和径向深度不同的轴向缺陷对
R 的影响的定量评估结果。在特定的缺陷深度下,
R 随缺陷 长 度 的 增 加 单 调 增 加; 在 特 定 轴 向 长 度
下, R 随缺陷深度的增加而增加。图 11 ( b ) 中的黑
白等高线图表明, 不同深度和长度的轴向裂纹缺陷
图 10 不同频厚积下 R 与裂纹深度的关系
的 R 可能相同。当同一等高线上任意一点的垂线
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2021 年 第 43 卷 第 4 期

无损检测