任意方向的裂纹检测是超声导波无损检测中的难题,本研究从检测有效性、工程适用性、观测方便性出发,基于超声导波研究了任意方向裂纹的无损检测方法,提出了检测任意方向裂纹的混沌振子检测方法。本文首先介绍了课题的研究意义,对现阶段主要的管道检测方法进行了介绍,综述了超声导波管道检测研究的进展;开展了管道斜裂纹超声导波检测的实验研究和数值研究。考虑到裂纹方向、大小、衰减,以及传播距离的影响导致的弱导波信号,提出了混沌振子检测技术提高裂纹的检测效率。在实验研究中,从实验设备、实验试件及实验方法概述了整个实验过程,通过国内外业内翘首的DISPERSE频散软件来验证实验管道激发频率,对比分析斜裂纹角度变化下对超声导波检测的影响。实验研究结果表明,超声导波可针对裂纹管道进行有效检测;实验信号的群速度和DISPERSE求得的L(0,2)模态曲线吻合较好;随着斜裂纹角度的增加,反射系数迅速减小;带通滤波器及FFT Smoothing无法识别45-90°裂纹信息。依据实验工况利用LS-DYNA970开展了超声导波斜裂纹管道有限元检测的全过程:从材料模型、边界条件、网格划分和载荷添加上介绍了有限元模型的建立,与DISPERSEE软件进行了群速度的对比分析,并与实验结果进行了相关的结果验证。有限元研究表明,实验和数值模拟群速度计算结果基本都与DISPERSE计算所得相一致;纵向导波可检测含斜裂纹管道;随着裂纹角度的增加,裂纹回波信号越来越微弱;随着斜裂纹角度的增加,反射系数在迅速减小;纵向导波对法线裂纹最敏感,对轴向裂纹并不敏感。数值结果与实验结果结论一致。利用有限元研究,分析了斜裂纹对管道运行的危害,说明了斜裂纹管道检测的意义。介绍了应力法求解应力强度因子的方法,利用有限元软件数值模拟了管道在内压作用下的全过程,并通过提取裂纹尖端的应力并利用应力法求得应力强度因子,进而比较分析斜裂纹应力强度因子与不同参数(裂纹角度、裂纹长度、裂纹长宽比、内压大小和管道半径等)之间的关系。研究结果表明,斜裂纹对运行管道存在较大的危害;斜裂纹主要是受到垂直于裂纹面的拉应力的破坏;等效应力强度因子Keq基本只与Ⅰ型裂纹的应力增强因子相关;随着斜裂纹角度的增加,应力强度因子在增加;随着裂纹长度、裂纹长宽比、管道半径的增加,应力强度因子都在增加;随着内压的倍数增大,斜裂纹管道破坏的风险也在成倍提升。为了提高裂纹检测效率,本文介绍了杜芬振子检测模型,针对数值导波信号做了检测研究,最后利用杜芬振子系统从相轨迹及Lyapunov指数出发针对所测得的实验和数值模拟的斜裂纹超声导波信号做了裂纹缺陷识别。研究结果表明,系统对噪声都具有良好的免疫能力;可进行数值导波信号识别检测;Duffing–Holmes振子系统可以检测微弱的实验缺陷信号;裂纹角度的增加和相轨迹的变化没有直接的相关性;基于Lyapunov指数的Duffing–Holmes振子系统可识别45°斜裂纹实验信号。本文探讨了两种范德玻尔检测系统的缺陷定位方法。提出了一次范德玻尔和三次范德玻尔混沌检测模型,并做了对比性研究:概述了两种范德玻尔检测模型,分析了模型对噪声的免疫力,针对数值导波信号做了检测研究,利用范德玻尔系统从Lyapunov指数出发针对所测得的实验和数值模拟的斜裂纹超声导波信号做了裂纹缺陷识别。研究结果表明,在一定的噪声水平下,范德玻尔系统对噪声具有较强的免疫力;可对数值导波信号及实验信号识别检测;三次范德玻尔检测系统Dif值是一次范德玻尔检测系统的1.5-1.73倍;可对微弱缺陷信号进行分析并可实现精确的定位;当裂纹角度为0-45°时,范德玻尔检测定位系统识别效果较好。研究结果对于延长超声导波的检测范围、以及提高微缺陷的检测灵敏度具有重要意义及工程应用价值。