Page 91 - 无损检测2022年第四期

朱高亮,等:
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

征建模定位方法进行验证。 间中, 则与样本库中最相近的损伤稀疏特征点位置
1.3 损伤定位方法 的值归一化至区间最小值; 最后, 对其进行成像, 使
对波达时间进行均方根值处理, 最后与损伤稀疏 归一化值数据与成像的像素点成反比关系, 即可得
特征样本库进行匹配成像, 对损伤进行定位。散射回 到损伤的成像位置。
波信号的到达时刻应由阵列接收到回波信号的时刻
2 仿真验证
与阵列接收到中心激发的直达波到达时刻相减, 即
( 5 ) 在有限元软件建立的压力容器封头模型结构表
Δ t i =T si -T di
为 面( 130mm , -46° ) 位置( 即编号 2-10 与 3-10 点位

式中: i=1 , 2 ,…, 8 , 为阵列中的第i 个阵元; T si

为 之间) 处模拟一个尺寸为 20mm×10mm ( 长 × 宽)
阵列信号图中第 i 个阵元回波信号到达时刻; T di
阵列信号图中第i 个阵元损伤激励源的直达波信号 的缺陷损伤, 并分析圆形阵列接收到的信号变化。
到达时刻。 压力容器封头表面损伤有限元模型各时刻的 Lamb
将式( 5 ) 中得到的缺陷损伤散射回波信号的到 波传播情况如图 5 所示, 根据波的传播可以看出,
达时刻与损伤稀疏特征样本库中的 120 个稀疏特征 Lamb波在经过损伤处时会发生散射, 损伤散射波
点进行相应阵元接收时刻相减, 得到 120 组包含该 经过传播被阵列接收到回波信号, 收集阵列传感器
回波信号的 Lamb 波到达时间, 对其进行均方根值
缺陷损伤信息的散射回波信号的差值数据, 将 120
组数据代入式( 4 ) 中, 获得相应的到达时间均方根 处理, 然后与损伤稀疏特征样本库进行匹配成像, 进
值。对数据进行均一化处理, 将其归一化至[ 0 , 1 ] 区 而对损伤进行定位。

图 5 压力容器封头表面损伤有限元模型各时刻的 Lamb波传播情况示意
压力容器封头损伤的成像结果如图 6 所示, 像 素点最高的位置即为损伤发生的位置。根据成像结
果可知, 基于压力容器损伤阵列稀疏特征建模的定

位方法进行成像, 缺陷位于( 130 mm , -45° ) 位置,
距离误差为 20 mm , 角度误差为 1° , 与实际损伤位

置较为符合, 能够较准确地定位出缺陷的位置。

3 结语

( 1 )建立了一种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, 对于真实工作条
图 6 压力容器封头损伤的成像结果 件下难以通过布置传感器进行检测的结构部位, 在

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2022 年 第 44 卷 第 4 期
无损检测