基于超声的聚乙烯燃气管道老化检测及实验研究

发布时间：2023-11-20 17:45

　　由于高分子材料科学技术的迅猛发展,燃气管道领域发生了“以塑代钢”的革命性变革。聚乙烯(PE)是一种半结晶的热塑性高分分子材料,其化学性质稳定、易加工成型、力学性能优异,已在工业生产和人们日常生活中得到了广泛应用。用聚乙烯材料做成的管道,在实际应用中表现出了轻质、耐磨、耐腐蚀等诸多优点,在给水管和燃气管等很多场合已逐步取代钢管。然而,作为一种高分子有机材料,其老化问题不可避免,给聚乙烯燃气管道的工程应用带来极大的安全隐患。本研究以PE80燃气管材为对象,主要从以下方面进行研究:(1)分析聚乙烯管材在使用环境中的老化行为,并进行力学性能试验和热稳定性试验,以冲击强度和氧化诱导时间的大小表征聚乙烯管材的老化状态。(2)利用短时傅里叶变换(STFT)对超声脉冲信号进行时频分析,获取不同老化试样的超声声速谱和衰减谱,分析超声声速和衰减系数随检测频率的变化规律,以及超声声速和衰减系数随老化程度的变化规律。(3)对不同试样超声脉冲信号进行频谱分析,并根据基波和二次谐波幅值计算超声非线性系数,分析超声非线性系数与聚乙烯老化程度的相互关系。(4)根据以上的试验数据,分析超声非线性响应与材料性能的内在联系...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 聚乙烯管材的发展概况及其特性
        1.2.1 聚乙烯管材的发展
        1.2.2 聚乙烯管材的特点
        1.2.3 聚乙烯材料老化的影响因素
    1.3 国内外研究进展
        1.3.1 国外研究进展
        1.3.2 国内研究进展
    1.4 研究内容
第2章 超声波检测基本理论
    2.1 超声波的圆盘纵波发射声场
        2.1.1 波源轴线上声压分布
        2.1.2 波束指向性
    2.2 超声波检测方法
        2.2.1 脉冲反射法和透射法
        2.2.2 纵波法和横波法
    2.3 短时傅里叶变换
        2.3.1 傅里叶变换
        2.3.2 连续短时傅里叶变换
        2.3.3 离散短时傅里叶变换
        2.3.4 基本窗宽度分类
    2.4 非线性超声检测技术
        2.4.1 非线性超声检测原理
        2.4.2 非线性波动方程的解
    2.5 本章小结
第3章 聚乙烯管材的性能研究
    3.1 聚乙烯材料老化机理
        3.1.1 自由基反应机理
        3.1.2 老化机理
    3.2 聚乙烯管材老化研究方法
    3.3 冲击强度试验
        3.3.1 聚乙烯管材老化试样制备
        3.3.2 冲击强度测试
    3.4 热稳定性分析
        3.4.1 氧化诱导期测量方法
        3.4.2 聚乙烯氧化诱导时间测量
    3.5 本章小结
第4章 超声信号采集及其声学特性研究
    4.1 超声检测系统的软硬件实现
        4.1.1 超声检测装置的搭建
        4.1.2 数据采集系统软件设计
        4.1.3 超声脉冲信号采集
    4.2 STFT窗函数类型与参数的确定
        4.2.1 不同窗函数的选择
        4.2.2 窗宽度选择
    4.3 聚乙烯的声学特征研究
        4.3.1 超声波衰减特性
        4.3.2 超声声速谱与衰减谱测量
    4.4 本章小结
第5章 聚乙烯老化程度的非线性表征
    5.1 加热时长对基波和二次谐波幅值的影响
    5.2 老化时间对非线性系数的影响
    5.3 非线性系数与冲击强度和氧化诱导时间的关系
        5.3.1 超声非线性系数与冲击强度的关系
        5.3.2 非线性系数与氧化诱导时间的关系
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文



本文编号：3865531