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管道非连续处导波散射特性研究

作　者: 孙元斌
导　师: 武湛君; 王奕首
学　校: 大连理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 管道检测超声导波腐蚀缺陷变形散射
分类号: U178
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 31次
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内容摘要

管道运输业作为国家经济建设和工业发展的重要保障,已经受到越来越多的重视,但在管道使用过程中仍面临诸多问题。随着管道越米越多地用于工业建设,管道的使用年限也在逐渐增加,管线及相关配套设施老化受损,外界自然环境及自然灾害对管道的损害,使得管道腐蚀、变形等破坏形式逐年频发。因此,如何保证管道正常安全的工作,并对已建成管线提供完善的检测方法逐渐成为这一领域亟待解决的问题。超声导波检测技术凭借其高效、快速、应用范围广等诸多优点得到快速发展和广泛应用。首先对超声导波检测研究领域的相关进展作了简要综述,并说明了本文工作重点与意义。其次,详细介绍了空心圆管中超声导波的基本理论,推演出超声导波在以圆管作为波导传播过程中的频散方程,对三种常见导波模态进行了分析讨论,介绍课题组所用的数值仿真和实验系统。利用数值仿真与实验系统对管道缺陷三个方向扩展的损伤进行大量的数值模拟与实验,详细的分析和验证各种类型缺陷对导波散射的影响及缺陷扩展程度与反射系数的关系。由于目前针对管道变形损伤导波检测的有关研究相对较少,因此在参考管道缺陷导波检测的基础上,本文采用数值仿真与实验验证相结合的分析方法,研究超声导波检测管道变形的可行性。首先讨论管道变形的表征方法,引入变形率δ用以表征管道的变形程度。使用有限元软件ANSYS模拟利用L(0,2)模态的超声导波检测管道变形,使用构建好的实验系统对空心铝管不同程度的凹陷变形进行检测,并对两者结果进行对比分析。两者的反射系数R与变形率δ的关系较为一致。数值与实验结果表明L(0,2)模态导波能有效辨识由于管道变形而反射的回波信号,通过信号的时间历程可以准确定位变形区域在管道中的轴向位置,并可利用反射系数R与变形率δ近似关系反映管道变形程度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 课题研究背景  9-10
  1.2 管道超声导波检测技术及典型应用  10-13
  1.3 管道损伤超声导波检测研究现状  13-15
    1.3.1 管道中的超声导波  13-14
    1.3.2 截面损失导波检测相关研究  14-15
    1.3.3 非截面损失导波检测相关研究  15
  1.4 本文主要研究内容  15-17
2 导波激励的数值模拟与实验研究  17-31
  2.1 管道中导波传播特性  17-23
    2.1.1 导波的基本概念和分类  17-19
    2.1.2 管道中导波传播的理论推导  19-21
    2.1.3 导波的多模态频散与衰减  21-22
    2.1.4 导波的散射与衰减  22-23
  2.2 管道柱而导波轴对称模态分析  23-25
  2.3 导波模拟数值仿真平台  25-29
    2.3.1 有限元方法  25-26
    2.3.2 有限元分析过程  26-28
    2.3.3 后处理与数据结果提取  28-29
  2.4 导波激励接收实验研究系统  29-30
  2.5 小结  30-31
3 管道腐蚀缺陷处导波的散射  31-43
  3.1 管道腐蚀缺陷表征  31-33
  3.2 腐蚀缺陷处导波散射与模态分离  33-37
  3.3 腐蚀缺陷处纵向模态导波的散射  37-42
    3.3.1 周向缺陷  38-39
    3.3.2 轴向缺陷  39-41
    3.3.3 深度缺陷  41-42
  3.4 小结  42-43
4 管道变形处导波的散射  43-56
  4.1 管道变形概述  43
  4.2 管道变形表征  43-45
  4.3 管道变形模型的建立  45-48
    4.3.1 数值仿真模型  45-46
    4.3.2 试验模拟凹陷变形  46-48
  4.4 数值模拟与试验  48-50
    4.4.1 数值模拟  48-50
    4.4.2 试验研究  50
  4.5 结果与讨论  50-54
  4.6 小结  54-56
结论  56-57
参考文献  57-61
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  61-62
致谢  62-63

管道非连续处导波散射特性研究

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