机床与液压

作者：蒋麒麟，周思柱，李宁，车红婷，禚晓，田梓轩

单位：长江大学机械工程学院；荆楚理工学院智能制造学院；长江大学机械工程学院；长江大学机械工程学院；长江大学机械工程学院；中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心；长江大学机械工程学院

关键词：压裂管汇螺柱;轴向力检测;频散特性;超声检测

基金：国家自然科学基金项目（52174018）；中国石油科技创新基金项目(2020D-5007-0503)；江苏省油（气)井设备工程技术研究中心开放课题(HT202102)

针对超声检测螺柱松动时存在频散及模态耦合效应导致检测精度受限的问题，以常用M36×3?200 mm螺柱为研究对象，旨在通过理论建模与数值分析，系统研究超声导波在螺柱中的传播特性，优选检测模态与激发频率。基于Navier波动方程，通过动态参数优化提升高频根定位效率，实现多模态特征值的分布式搜索，求解Pochhammer-Chree频散方程特征根，数值模拟及实验结果共同验证了解析解的准确性。结果表明：同一激发频率下导波模态众多，不同模态相速度和群速度随频率变化趋势各异，存在模态曲线交织、截止频率等现象；纵向模态L（0，2）相比扭转模态T（0，m）与弯曲模态F（1，m），对螺柱松动检测效率更高；选用150 kHz作为激发频率时，能较好抑制高阶模态的产生，避免采集的导波信号波包发生混叠，有效提高了检测精度；有限元仿真得到无载荷下声时差为36.81μs，对应群速度5 433 m/s，与解析值（5 133 m/s）误差小于6%；实验测得无载荷渡越时间为35.21μs，与仿真结果误差仅为4.3%。该研究为压裂管汇螺柱连接状态的超声导波在线监测提供了关键技术支撑。

来源：2026年第8期

《机床与液压》期刊编辑部

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