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管道腐蚀超声导波检测数值仿真研究
摘要
近年来，管道腐蚀已经成为了一个非常严重的问题，如果管道腐蚀无法及时发现并得到治理，将会对生产和社会带来非常不良的影响。而超声导波检测技术能够有效地检测管道腐蚀的情况，为后续的管道维护和修复提供依据。本文基于有限元分析方法对超声导波检测技术进行了数值仿真研究，分析了管道腐蚀检测时的超声波在管道内传播的特点和规律，得出了对于不同管道厚度和不同腐蚀程度的管道，超声波的检测能力和精度的变化规律。研究结果表明，超声导波检测技术能够在一定程度上检测出管道的腐蚀情况，并且其检测精度与管道壁厚的变化关系密切。
关键词：管道腐蚀；超声导波检测；数值仿真
Abstract
Inrecentyears,pipelinecorrosionhasbecomeaseriousproblem.Ifpipelinecorrosioncannotbedetectedandtreatedinatimelymanner,itwillhaveaveryadverseimpactonproductionandsociety.Ultrasonicguidedwavedetectiontechnologycaneffectivelydetectthesituationofpipelinecorrosionandprovideabasisforsubsequentpipelinemaintenanceandrepair.Basedonthefiniteelementanalysismethod,thispaperconductedanumericalsimulationstudyofultrasonicguidedwavedetectiontechnology,analyzedthecharacteristicsandrulesofultrasonicwavespropagatinginpipelinesduringpipelinecorrosiondetection,andobtainedthechangerulesofthedetectionabilityandaccuracyofultrasonicwavesforpipelineswithdifferentthicknessesanddifferentdegreesofcorrosion.Theresearchresultsshowthattheultrasonicguidedwavedetectiontechnologycandetectthecorrosionofthepipelinetoacertainextent,anditsdetectionaccuracyiscloselyrelatedtothechangeinthethicknessofthepipelinewall.
Keywords:pipelinecorrosion;ultrasonicguidedwavedetection;numericalsimulation
一、引言
随着工业化和城市化的快速发展，管道已经成为了社会生产的重要组成部分。而管道的腐蚀问题则日趋严重，如果管道腐蚀无法及时发现并得到有效治理，将会对生产和社会造成非常严重的影响。因此，管道腐蚀的检测与治理变得尤为重要。超声导波检测技术是目前应用最为广泛的管道腐蚀检测方法之一，在航空、石油、化工、电力、交通等领域都得到了广泛的应用。
二、超声导波检测技术原理
超声导波检测技术是利用超声波在管道内的传播特点和规律进行腐蚀检测的一种技术手段。其原理是利用特定频率的超声波，在管道内产生一定的共振模态，然后通过检测管道中由腐蚀所引起的反射波信号来实现对管道腐蚀情况的诊断。
超声波在管道内传播的特点为其具有多种传播模态。这些模态主要包括轴向模态、周向模态和弯曲模态等。不同的传播模态对应着管道内不同的振动模式，具有不同的频率和能量，其对于管道腐蚀的检测能力也会有所差异。
三、数值仿真模型的建立
本文采用有限元分析方法建立数值仿真模型，对超声导波检测技术的检测能力和精度进行研究。采用的数值仿真软件为ANSYS。
1.模型几何
本文采用圆管作为研究对象，其内径为100mm，外径为150mm，长度为1000mm。管道材料为碳钢，其声速为5100m/s，密度为7800kg/m³。
2.超声导波信号
本文采用频率为25kHz的超声波信号。
3.腐蚀模型
在管道内表面添加不同大小的凹坑模拟腐蚀表面。
4.网格划分
采用四面体网格划分方法，对模型进行网格划分。
四、超声导波检测数值模拟结果分析
1.管道的腐蚀检测能力
本文对管道壁厚分别为10mm、8mm、6mm、4mm和2mm的管道进行了数值仿真，得到了腐蚀检测的结果。仿真结果表明，在超声导波检测技术的检测频率下，壁厚