Page 84 - 无损检测2022年第四期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202204010

基于有限元分析的压力容器损伤阵列

稀疏特征建模与定位方法

朱高亮 , 王志凌 ,钟永腾 1

2
1

( 1. 温州大学 机电工程学院, 温州 325035 ; 2. 金陵科技学院 机电工程学院,南京 211169 )

摘 要:针对压力容器无损检测中较难检测的封头部位, 提出了一种基于压电超声导波阵列
的在线监测方法。首先, 建立压力容器封头结构的有限元模型, 利用窄带 Lamb波模拟结构损伤源
的散射信号; 其次, 将被监测区域离散成稀疏点, 对每个稀疏点的回波信号提取阵列波达时间差作
为导波阵列的稀疏特征信息, 并计算损伤回波信号的波达时间均方根值( RMS ), 形成基于有限元
模型的损伤稀疏特征样本库; 最后, 通过计算实测损伤回波信号均方根值与损伤稀疏特征样本库匹
配成像, 像素点最高的位置即为损伤位置。试验结果表明, 模拟损伤距离定位误差为 20mm , 角度

定位误差为 1° , 与实际损伤位置较为符合, 能够较准确地反映缺陷的位置。
关键词:有限元分析; 压力容器; 导波阵列; 飞行时间; 损伤定位

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 04-0050-05

Finiteelementanal y sisbaseds p arsearra y featuresmodelin g andlocalizationmethodfor

p ressurevesseldama g e

,
2
ZHUGaolian g 1 , WANGZhilin g ZHONGYon g ten g 1

( 1.Colle g eofMechanicalandElectricalEn g ineerin g , WenzhouUniversit y , Wenzhou325035 , China ;

2.Colle g eofMechanicalandElectricalEn g ineerin g , Jinlin g InstituteofTechnolo gy , Nan j in g211169 , China )

Abstract : Aimin gatthedifficult y ofnondestructivetestin g ofp ressurevesselshead p art , a p iezoelectric

ultrasonicg uidedwavearra y isp ro p osedfor p ressurevesseldama g elocalization.Firstl y , afiniteelementmodelof

theheadp artof p ressurevesselisestablished , andthenarrow-bandofLambwaveisexcitedtosimulatetheecho

ofthedama g e.Secondl y , discretethemonitoredareaintos p arse p oints , thetimeoffli g ht ( TOF ) ofarra y si g nalat

eachs p arsep ointsisobtainedasthes p arsefeatureoftheg uidedwavearra y , andcalculatestherootmeans q uare

( RMS ) valueofthemtoformthedama g es p arsefeaturesam p lelibrar y .Finall y , theRMSofthemeasuredarra y

si g nalwhenadama g eha pp eniscalculatedtomatchthedama g es p arsefeaturesam p lelibrar y fordama g eima g in g ,

andthehi g hest p ositionofthep ixelisthep ositionofdama g eoccurred.Thetestresultsshowthatthesimulated

dama g edistancep ositionin gerroris20mmandthean g lep ositionin gerroris1° , whichismoreconsistentwiththe

actualdama g ep ositionandcanaccuratel y reflectthep ositionofthedefect.

Ke ywords : finiteelementanal y sis ; p ressurevessel ; g uidedwavearra y ; TOF ; dama g elocalization
压力容器在工业上有着广泛的应用, 但恶劣的 此, 利用无损检测技术对压力容器的工作状态进行
工作环境使得压力容器设备易受到破坏, 进而导致 监测、 检测显得尤为重要 [ 1-2 ] 。常见的无损检测技术
结构表面或内部受损, 严重影响设备的运行安全, 因 有射 线 检 测 [ 3 ] 、 电 磁 检 测 [ 4 ] 、 渗 透 检 测 [ 5 ] 、 涡 流 检
测 [ 6 ] 等。与常规无损检测技术相比, 超声导波具有
传播距离远、 能量衰减小以及传播面积大等优势, 应
收稿日期: 2021-10-28
基金项目: 青年科学基金项目( 51905242 ) [ 7 ]
用较为广泛。 LUGOVTSOVA 等 利用超声导波
作者简介: 朱高亮( 1997- ), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为超
与传感器的合理配置, 开发了一种复合材料压力容
声导波监测与信号处理
通信作者: 王志凌( 1979- ), 女, 博士, 副教授, 主要研究方向为 器健康监测方法。刘伟成等 [ 8 ] 利用超声波对海洋石
油静电脱水压力容器进行了检测, 结果表明超声检
测试计量技术及仪器, wzl@ j it.edu.cn
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2022 年 第 44 卷 第 4 期

无损检测