Page 46 - 2024中国无损检测年度报告

于利用液态金属界面电毛细效应与黏附迟滞效应
的协同作用，构建了类似生物电信号积累 - 衰减
的动态感知模型，可区分有效触发信号与非目标
扰动。这种材料本征的感知逻辑特性，为开发无
需外部电路辅助的智能柔性传感系统提供了新的
技术途径。

图 5 弯折板弯折区中传播的非线性超声特征导波
及损伤检测
2.2 基于周向特征导波的管道焊缝无损检测方法

针对圆管周向焊缝高效高精度检测需求，团
队提出了一种基于周向特征导波的管道焊缝无损
检测方法。首先在柱坐标系下构建了结合半解析
有限元和完美匹配层（SAFE-PML）理论模型，
系统求解了管道周向焊接接头中超声特征导波的
图 4 仿生动态感知逻辑传感器件
频散特性，并深入解析了各模态导波的周向能量
2 无损检测研究 分布特征与波结构特性。分析发现，相较于平板
团队在非线性超声导波检测技术、X 射线吸 焊接接头中的超声特征导波，管道结构的曲率效
收光谱检测方法与系统以及涡流检测理论与方法 应会显著改变导波模态的对称性特征并影响声能
等方面开展了深入研究。 量集中区域分布。数值仿真与试验研究共同表明，
管道周向焊接接头中的特征导波因特有的能量局
2.1 基于非线性超声特征导波的金属弯折板弯折
域化（能陷）效应，可显著提升焊接缺陷的检测
区局部损伤检测
灵敏度。进一步研究发现，不同模态导波对缺陷
针对金属弯折板弯折区域中存在的局部损伤
的响应特性与其周向能量分布特征存在显著相关
（如热损伤、塑性变形等），研究基于非线性超
性，这一发现为优化导波模态选择提供了理论依
声特征导波的二次谐波效应的损伤评估方法，其
据。
应用效果如图 5 所示。通过测量的超声特征导波
2.3 管道焊接接头超声特征导波二次谐波产生与
二次谐波幅值的变化，实现对弯折区不同损伤程
传播机制研究
度的无损评价，并对比线性与非线性声学系数对
损伤的敏感度差异，验证采用非线性系数评估损 针对管道周向焊接接头中超声特征导波的二
伤的敏感度。在局部损伤定位检测方面，提出了 次谐波产生与传播机制开展了系统的数值仿真分
基于非线性超声特征导波混频谐波的局部损伤定 析研究，试验结果如图 6 所示。基于非线性超声
位检测方法。通过精确控制两束超声特征导波的 理论中的相位同步条件和能量流通量判据，优化
混叠区域，实现了构件非线性超声的扫描检测。 选取了满足条件的特征导波模态组合。建立三维
基于混频非线性信号的特征变化进行损伤定位， 有限元模型进行数值模拟，结果表明所选模态对
并采用滤波技术对和频与差频信号的传播速度和 能够产生具有显著累积效应的二次谐波信号。值
模式特征进行验证，最终选取信号累积效果更优 得注意的是，研究发现管道周向焊接接头中的超
的和频非线性项作为损伤的评价指标。在信号处 声特征导波表现出不同于平板焊接接头的独特传
理方面，采用模式相减法消除基频单独激励项的 播行为，即有限时长的导波激励可在回转体结构
影响，获得仅包含混频相互作用的试验信号。该 中实现多周次循环传播。这一特性具有双重优势：
方法有效排除了基频和倍频信号的干扰，证实了 一方面显著增强了二次谐波的可检测性，另一方
非线性效应源于两束波的相互作用，从而显著提 面有效抑制了测量系统固有非线性对检测结果的
高了损伤非线性检测的可靠性。 干扰。研究进一步证实，这种循环传播特性源于
管道结构的几何约束效应，为提升非线性超声检
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