面向非金属管道结构损伤的非线性超声调制检测技术研究

发布时间：2017-08-28 06:02

  本文关键词：面向非金属管道结构损伤的非线性超声调制检测技术研究

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【摘要】：随着近年来非金属管道的应用的不断发展,非金属管道结构作为石化、农业、城市的生产或者配送管网,其结构状况关系到人员及设备的安全,因此针对非金属管道结构损伤的有效检测方法研究也不断涌现,其研究也一直是结构健康监测学科的前沿问题。面对非金属管道主要为高分子材料难以准确与有效检测的问题,本论文以“面向非金属管道结构损伤的非线性超声调制检测技术研究”为题,结合非线性超声检测技术特性,基于主动声发射方式研究了非金属管道非线性超声损伤检测,为检测非金属管道结构损伤提供了一种新思路和方法,为非金属管道监测技术的损伤评估与损伤定位提供理论依据,对保障大范围非金属管线的安全使用有建设性的作用,具有重要学术价值和工程应用意义。论文研究工作得到广东省自然科学基金项目(2014A030313248)和2016年度广东省质量技术监督局项目的资助。论文主要工作包括:(1)从理论上分析了非金属管道损伤产生过程以及非线性超声损伤检测机理,在此基础上建立了损伤检测的非线性动力学方程,根据非线性检测技术存在的不足以及实际损伤的需求,研究一种非金属管道结构损伤非线性超声检测技术。(2)根据非金属管道结构,将主动声发射方式应用于损伤探测以获取检测过程的损伤特征量实现损伤评估。研究非线性超声同侧激励法,采用小波包分解法对非线性超声调制旁瓣分量进行小波分析,获取非线性损伤分量与非金属管道损伤大小的关系,采用非线性旁瓣分量的信号处理方法解决超声导波在非金属管道上的高衰减效应与损伤对导波的减弱作用。(3)根据超声导波传播特性与非金属管道的频率响应,构造非线性混频延时激励信号,建立了关于非金属管道的非线性超声损伤定位方程,使用HHT(Hilbert-Huang Transformation)提取瞬时特征的多区域损伤定位方法,实现多区域的损伤定位。(4)实现非线性管道损伤评估与定位算法,开展了非金属管道实物损伤检测实验,分析非金属管道对超声混频激励信号的作用,使用非线性超声损伤评估实现损伤大小的计算,使用非线性超声延时定位计算损伤位置,结果表明可以有效获得损伤大小与损伤位置。(5)最后建立非金属管道混凝土覆盖模型,采用该技术对非金属管道在混凝土覆盖情况下的损伤检测试验,结果表明在混凝土环境下该技术能够有效检测损伤,并且对过墙非金属管道使用非线性超声调制检测技术,可对模拟墙体内部损伤进行检测。
【关键词】：非金属管道 非线性超声 损伤评估 损伤定位
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU317;TB559
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 课题提出背景及研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-21
• 1.2.1 管道结构损伤检测现状13-18
• 1.2.2 非线性超声检测技术研究现状18-21
• 1.3 论文主要研究内容21-23
• 第二章 基于非线性超声的非金属管道结构损伤检测机理23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 非线性超声导波基本理论23-29
• 2.2.1 非线性波动方程的解24-27
• 2.2.2 非线性超声导波与介质的相互作用27-29
• 2.3 非金属管道损伤超声导波检测技术需求分析29-35
• 2.3.1 超声导波在空心圆柱的传播特性29-31
• 2.3.2 基于锆钛酸铅晶片的应力波技术基础31-32
• 2.3.3 非金属管材特性与损伤断裂机理32-34
• 2.3.4 非金属管道损伤超声导波检测技术需求34-35
• 2.4 基于非线性超声导波的非金属管道结构损伤检测技术规划35-38
• 2.4.1 基于非线性超声调制的损伤评估分析36-37
• 2.4.2 基于非线性超声损伤定位方法37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 非金属管道结构损伤程度评估研究39-50
• 3.1 引言39
• 3.2 非线性超声调制技术基本理论39-44
• 3.2.1 非线性超声调制现象及其产生原理39-42
• 3.2.2 非线性超声调制理论模型42-44
• 3.3 基于混频信号的非金属管道损伤评估44-47
• 3.3.1 同侧非线性混频信号激励方法44-45
• 3.3.2 基于小波包分解的损伤评估方法45-47
• 3.4 基于非线性超声的非金属管道损伤评估47-48
• 3.4.1 非线性损伤旁瓣分量分析47
• 3.4.2 基于同步解调的非线性损伤分量分析47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 非金属管道多损伤区域定位方法研究50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 非线性超声调制多损伤区域定位50-53
• 4.2.1 混频延时信号定位方法50-52
• 4.2.2 延时信号非线性分量分析52-53
• 4.3 信号幅频解调方法53-57
• 4.3.1 信号瞬时物理量53-54
• 4.3.2 经验模态分解54-56
• 4.3.3 HHT变换解调方法56-57
• 4.4 基于HHT的非线性超声导波调制多损伤区域定位57-61
• 4.4.1 非线性损伤分量的瞬时幅值与频率57-58
• 4.4.2 非线性损伤判定58-59
• 4.4.3 多损伤区域局部定位59-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 实验与应用研究62-92
• 5.1 引言62
• 5.2 非金属管道损伤实验平台62-65
• 5.2.1 非金属管道实验设备与实验材料62-64
• 5.2.2 PVC管道的频率响应特性64-65
• 5.3 基于非线性超声调制裂纹损伤程度评估实验65-74
• 5.3.1 汉宁窗正弦调制信号裂纹损伤实验与分析65-67
• 5.3.2 非线性混频信号裂纹损伤实验与分析67-72
• 5.3.3 非线性损伤分量损伤程度评估分析72-74
• 5.4 非线性延时信号超声损伤定位实验74-77
• 5.4.1 选取混频信号频率与传播速度75-76
• 5.4.2 损伤定位结果分析76-77
• 5.5 基于HHT的非线性延时多损伤区域定位实验77-84
• 5.5.1 非金属管道无损伤状态实验78-80
• 5.5.2 单裂纹损伤定位实验分析80-81
• 5.5.3 双裂纹损伤区域定位实验分析81-82
• 5.5.4 基于HHT的多损伤区域定位法的优点82-84
• 5.6 过墙非金属管道损伤应用实验84-90
• 5.6.1 混凝土覆盖管道模型对导波传播影响实验84-87
• 5.6.2 混凝土覆盖PVC管道模型87-89
• 5.6.3 基于HHT的非线性超声过墙PVC管道损伤检测实验与分析89-90
• 5.7 本章小结90-92
• 结论92-94
• 参考文献94-99
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果99-100
• 致谢100-101
• 附件101

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本文编号：747355