[发明专利]一种管路异质界面超声导波传播规律建模分析方法

说明书

本发明提出了一种管路异质界面超声导波传播规律建模分析方法，所述管路包括直管和异质界面，所述方法包括以下步骤：步骤1、建立管路异质界面动力学显示有限元仿真模型；步骤2、获得超声导波在异质界面处的反射特征波形，以便于剔除该反射特征波形对管路损伤特征波形的影响。该分析方法建立了管路异质界面的有限元仿真模型，推导出超声导波在管路异质界面中传播的频散方程和模态转换关系，得到超声导波在异质界面处的反射特征波形，以便于剔除该反射特征波形对管路损伤特征波形的影响。

技术领域

本发明涉及一种管路异质界面超声导波传播规律建模分析方法，尤其是航天飞行器中的管路异质界面超声导波传播规律，属于管路异质界面分析领域、建模领域。

背景技术

管路系统是航天飞行器中的关键分系统，其用于将推进剂以一定的压力和流量从贮箱传递至发动机，且确保推进剂中不掺杂气体。航天飞行器中的管路系统具有长距离传输、管壁薄的特点，由于受到焊缝、补偿器、支架和法兰等结构的影响，管路系统的损伤检测难度大。随着我国宇航技术的发展，尤其是重复使用航天飞行器的研制需求，对管路损伤检测也提出了更高要求，如何实现管路损伤的准确检测，对管路系统的研制提出了较大挑战。及时准确地将航天飞行器中的管路损伤检测出来，对改进航天飞行器的安全性、可靠性、维修性和可操作性都具有重大意义。

超声导波(也称作制导波，Ultrasonic Guided Wave)检测技术是利用低频扭曲波(Torsinal Wave)或纵波(Longitudinal Wave)对管路或管道进行长距离检测。其具有检测效率高、速度快、可检测整个厚度等优点，目前在航天航空和石油化工等领域成为研究热点。在导波传播机理方面，美国宾夕法尼亚州立大学的Ditri[Ditri J J,Rose JL.Excitation of guided wave modes in hollow cylinders by applied surfacetractions[J].Appl.Phys,2002,72(7):2589-2597.]指出导波频率和该频率下出现的模数决定了导波模态的特征。大连理工大学的孙元斌[孙元斌.管道非连续处导波散射特性研究[D].大连理工大学,2013年6月.]分析和验证了各种类型缺陷对导波散射的影响及缺陷扩展程度与反射系数的关系。在数值仿真方面，研究人员探索了不同缺陷对不同模态导波的反射和透射机理，主要涉及遇到缺陷后导波能量的变化、缺陷形式对导波反射和透射系数的影响等。美国宾夕法尼亚州立大学的Rose[Rose J L,Zhang W,Cho Y.Boundary elementmodeling for guided wave reflection and transmission factor analyses indcfccl classification[J].IEEE Ultrasonics Symposium,1998,1:885-888.]利用边界元法研究板波反射和透射时，对缺陷形式进行了分类。暨南大学的张伟伟[张伟伟,王志华,马宏伟.含缺陷管道超声导波检测信号的相关性分析[J].声学学报,2009,30(4):269-272.]利用有限元方法研究了导波监测信号在不同的噪声干扰下的相关性。

可见，现有技术中，传统的超声导波传播机理和数值仿真研究对超声导波的性质和功能进行了理论研究和试验验证，缺少实际应用中的超声导波在管路异质界面中的传播机理研究。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中的上述不足和需求，本发明提出了一种管路异质界面超声导波传播规律建模分析方法，该分析方法建立了管路异质界面的有限元仿真模型，推导出超声导波在管路异质界面中传播的频散方程和模态转换关系，得到超声导波在异质界面处的反射特征波形，以便于剔除该反射特征波形对管路损伤特征波形的影响。

(二)技术方案

一种管路异质界面超声导波传播规律建模分析方法，所述管路包括直管和异质界面，所述方法包括以下步骤：