基于超声导波对异径管的有限元模拟研究

张蒲根*

（上海市特种设备监督检验技术研究院）

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随着石油、天然气、化工等行业迅速发展，我国压力管道的运营里程每年都在迅速增长，许多管道的使用时间不断延长，由管道引发的事故也逐渐增多，其安全状况令人担忧。因此研发了一种可以准确发现管道缺陷，并能判断危害程度的无损检测方法变得十分迫切。超声导波是一种新型的无损检测手段，被广泛应用于压力管道检测，其具有快速、精准的检测能力，在管道检测技术中迅速发展[1-4]。在国外，Cawley等[5]利用有限元方法，分别研究了导波在不同直径管道上的轴向、周向尺寸的裂纹的反射系数。Alleyne[6]通过模拟的方法研究了导波反射系数和缺陷之间的关系。Lowe等[7]研究了导波在裂纹处反射的模态的状态。在国内，栗霞飞等[8]应用ABAQUS模拟软件对导波在直管、弯管中的传播过程进行数值模拟研究，研究表明低阶扭转模态可以对直管、弯管上的缺陷进行精确检测。王向宇等[9]采用数值计算和数值模拟相结合的方式，提出了一种基于纵向超声导波的检测管道焊缝缺陷的方法。

在石油化工装置中，常常由于工艺的原因需要改变管道尺寸，因此异径管在工业中的应用极为普遍。异径管因其特殊的结构形式受到管内介质的强烈冲击，腐蚀减薄、裂纹等是异径管中的常见腐蚀缺陷。目前国内外还鲜有对超声导波检测异径管的研究。异径管是管道系统中常见的管道元件，研究超声导波在异径管中的传播特性具有很大的科研意义和实用价值。……