У монографії розглянуто питання генерування та поширення пружних хвиль в стінках трубопроводів. Рекомендовано науковим працівникам, інженерам та студентам, що займаються в напрямку ультразвукового контролю. ЗМІСТ ВСТУП.....................................................................................8 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ АКУСТИЧНОГО КОНТРОЛЮ СТІНОК МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ.................................................................10 1.1. Основні положення.........................................................10 1.2. Аналіз досліджень ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль......................................................................11 1.3 Аналіз методів ультразвукового контролю..................14 1.3.1. Аналіз ультразвукових методів контролю напружено-деформованого стану металу............................14 1.3.2. Аналіз ультразвукових методів контролю пружних констант металу......................................................17 1.3.3. Аналіз методів контролю дефектів в стінках магістральних трубопроводів ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями.....................................19 1.3.4. Аналіз ступеня розвитку термоакустичного методу контролю дефектів в металах...................................20 1.4 Аналіз засобів акустичного контролю стінок магістральних трубопроводів...............................................21 РОЗДІЛ 2 АНАЛІЗ ПАРАМЕТРІВ АКУСТИЧНОГО ПОЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЇ СПРЯМОВАНОЇ ХВИЛІ..................33 2.1 Основні положення.........................................................33 2.2 Ультразвукові хвилі в пластинах...................................37 2.3 Розробка математичної моделі опису поширення горизонтально-поляризованих мод ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці трубопроводу........41 2.4 Розробка математичної моделі опису поширення мод типу Лемба ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці трубопроводу...........................................................48 2.5 Теоретичні основи фізики утворення та поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в пружному середовищі...............................................52 2.5.1 Модальний підхід опису поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці труби.......................52 2.5.2 Підхід до опису поширення спрямованих кільцевих хвиль як суперпозиції простих типів коливань....................61 2.6 Аналіз способів та параметрів, що визначають генерування ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль........................................................................64 2.6.1 Аналіз параметрів генерування ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль прямим первинним перетворювачем.......................................................................65 2.6.2 Аналіз параметрів необхідних для утворення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль нахиленим первинним перетворювачем................................73 РОЗДІЛ З МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ УТПОРЕЧНЯ ТА- ПОШИРЕННЯ УЛЬТРАЗВУКОВИХ СПРЯМОВАНИХ КІЛЬЦЕВИХ ХВИЛЬ В СТІНКАХ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ.................................................................77 3.1 Математична модель поширення ультразвукових спрямованих хвиль в стінках магістральних трубопроводів......................................................................... 78 3.2 Результати математичної моделі поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінках магістральних трубопроводів....................................86 3.3 Модель загасання амплітуди при поширенні ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінках магістральних трубопроводів....................................93 3.3.1 Модель загасання амплітуди при поширенні однієї ультразвукової спрямованої кільцевої хвилі в стінці магістральних трубопроводів.................................................93 3.3.2 Модель загасання амплітуди при поширенні двох і більше ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці магістральних трубопроводів.................................. 99 3.4 Математична модель генерування ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінках магістральних трубопроводів з використанням проміжного шару............107 3.4.1 Модель роботи чутливого елемента ультразвукового первинного перетворювача...................................................107 3.4.2 Модель утворення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці магістральних трубопроводів.....113 РОЗДІЛ 4 РОЗРОБЛЕННЯ МЕТОДІВ НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ СТІНОК МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ.................................................................118 4.1 Розроблення методу контролю наявності неоднорідностей в стінках магістральних трубопроводів................................118 4.1.1 Дослідження взаємодії ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль із дефектом в стінці магістральних трубопроводів..........................................................................118 4.1.2 Визначення місцеположення та розміру неоднорідності в стінці магістральних трубопроводів за результатами аналізу параметрів луно-імпульсу ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль....................127 4.1.3 Використання результатів ультразвукового методу контролю наявності неоднорідностей в стінках магістральних трубопроводів для визначення його залишкового ресурсу..............................................................133 4.2 Розроблення методу контролю величини напружено- деформованого стану в стінках магістральних трубопроводів на основі явища акустопружності ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль................................................140 4.2.1 Модель акустопружності ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль.................................................140 4.2.2 Метод обчислення моделі акустопружності ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль.....................145 4.2.3 Верифікація моделі акустопружності ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль.................................................147 4.2.4 Результати розрахунків акустопружності ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль.....................148 4.3 Метод контролю величини пружних констант магістральних трубопроводів спрямованими кільцевими ультразвуковими хвилями......................................................150 4.3.1 Аналіз зміни механічних властивостей стінок трубопроводів...........................................................................151 4.3.2 Математична модель контролю величини пружних констант сталі ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями................................................................154 4.3.3 Обчислення залежності швидкості поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці магістрального трубопроводу від зміни величини модуля Юнга...........................................................................161 РОЗДІЛ 5 МЕТОДИ КОНТРОЛЮ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ ОБ'ЄМНИМИ УЛЬТРАЗВУКОВИМИ ХВИЛЯМИ...........167 5.1 Аналіз параметрів контролю стінок магістральних трубопроводів ультразвуковими об'ємними хвилями.........167 5.1.1 Аналіз типів дефектів стінок магістральних трубопроводів, що підлягають ультразвуковому контролю..................................................................................167 5.1.2 Аналіз параметрів дефектів, що контролюються ультразвуковим методом...................................................... 171 5.2 Математична модель поширення об:ємних ультразвукових хвиль через границю розділу рідина-сталь із нерівної формою................................................................ 176 5.2.1 Побудова математичної моделі поширення об'ємних ультразвукових хвиль через границю розділу рідина-сталь із нерівної формою...........................................176 5.2.2 Аналіз результатів обчислення математичної моделі поширення об'ємних ультразвукових хвиль через границю розділу рідина-сталь із нерівної формою....181 5.3 Пристрій неперервного контролю стінок магістральних трубопроводів.................................................192 5.4 Основи нового неруйнівного термоакустичного методу контролю фізико механічних параметрів магістральних трубопроводів;...............................................202 5.4.1 Геометрична інтерпретація основ термоакустичного методу......................................................................................202 5.4.2 Хвильовий аспект термоакустичного методу.......... 204 5.4.3 Аспект теорії механіки руйнування в термоакустичному методі......................................................205 5.4.4 Теплопровідність та аналіз зображень........................207 5.4.5 Математична модель параметрів термоакустичного явища.......................................................................................209 5.4.6 Результати проведення обчислення математичної моделі параметрів термоакустичного явища...................... 214 РОЗДІЛ 6 РОЗРОБКА СИСТЕМИ КОНТРОЛЮ ФІЗИКО - МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАГІСТРАЛЬНИХ ГАЗОПРОВОДІВ...................................................................217 6.1 Функціональна схема пристрою контролю фізико-механічних параметрів магістральних трубопроводів..........................................................................217 6.2 Пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку..............................................................................220 6.3 Оцінка похибки пристрою контролю фізико -механічних парамегрів магістральних трубопроводів...........................224 6.3.1 Побудова схеми накопичення сумарної похибки пристрою контролю фізико - механічних параметрів магістральних трубопроводів..............................................224 6.3.2 Оцінка похибки ультразвукового первинного перетворювача........................................................................227 РОЗДІЛ 7 ЛАБОРАТОРНІ ТА ПРОМИСЛОВІ ВИПРОБУВАННЯ ФІЗИКО-МЕХАШЧНИХ ПАРАМЕТРІВ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ.............................232 7.1 Оцінка залишкового ресурсу трубопроводу із дефектом..................................................................................232 7.2 Лабораторні дослідження контролю дефектів в стінці магістрального трубопроводу...............................................235 7.3 Лабораторні дослідження контролю величини пружних констант стінки магістрального трубопроводу...238 7.4 Розробка методики контролю проведення натурних досліджень фізико-механічних параметрів магістральних газопроводів............................................................................245 7.5 Натурні дослідження фізико-механічних параметрів стінок магістральних трубопроводів...................................247 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ............................. 249 ДОДАТКИ...............................................................................271