纵向导波在钢绞线中传播及缺陷检测数值模拟

蒋欢¹，朱品竹^1,2，郑场松^1,2，何文^1,2

1. 江西理工大学资源与环境工程学院2. 江西理工大学江西省矿业工程重点实验室

摘 要：钢绞线中的腐蚀、开裂等损伤,会直接威胁到矿山提升系统的整体安全。为了对钢绞线进行缺陷的定位识别和量化分析,研究了纵向导波在钢绞线中的传播特性。首先通过理论计算得到了螺旋杆中纵向导波的群速度频散曲线及衰减曲线,其次考虑了频率和周期数的变化对导波信号的影响,在无缺陷的钢绞线、单根钢丝和不同缺陷的外围螺旋钢丝中,分别进行了20～100 kHz频率的纵向导波数值模拟。模拟结果表明:纵向导波在钢绞线中传播的群速度随着频率的增大而逐渐减小,纵向导波信号的衰减随着频率的增大逐渐增大,与理论值吻合较好;在单根钢丝中激励纵向导波时,导波只在其内传播,其余钢丝不受影响;使用20～100 kHz 5周期的纵向导波可实现钢绞线缺陷定位,对于靠近钢绞线端面的缺陷,通过降低激发波周期数可达到检测目的;激发波频率一定时,缺陷长度、宽度和深度的增加都使得损伤指数增大,并且呈线性关系,随着激发波频率的增加,损伤指数逐渐增大,说明了高频率导波信号对缺陷更为敏感,激发波频率为60 kHz时最有利于钢绞线缺陷的检测。

关键词：钢绞线;数值模拟;纵向导波;频散;缺陷检测;