管道弯曲振动分析与振幅检测

发布时间：2020-06-01 04:46

【摘要】：管道作为一个重要的角色扮演者,广泛用于水利、液体运输及化工等诸多领域,已成为不可或缺的工程结构,比如对太空的资源争夺、对海底的能源利用、对核能的技术掌控、对水资源及石油资源的分配运输等。同时,也存在于和我们生活息息相关的民用领域中,包含城市供水和排水管道以及天然气供应管道等。毋庸置疑,管道在其中担当着重要的角色,并责任重大。然而,由于各种环境载荷的长期作用或者当受到动态荷载时,焊接缺陷处或几何应力集中处难免会出现不同种类及程度的裂痕,甚至损坏。若任由其发展,日积月累之下会造成系统本身抗性下降,降低使用寿命,严重的更会突然断裂。可见,通过对管道系统的振动特性和共振疲劳试验进行研究分析,并测量管道振幅的变化情况,其意义不可谓不深远,结合工程实际生产,其价值亦难以估量。本文旨在针对管道系统的振动理论分析及管道弯曲振幅的测量方法,系统开展了理论和试验研究,其主要内容包括:1.针对管道的弯曲振动,建立了一个自由浮动管的简单力学模型,该力学模型计算分析了两端加装质量块的管道的振动频率和振动振型,为后期试验装置的搭建提供了理论依据。2.研究管道受力分布情况,探索管道弯曲振动的变化规律,针对其变化规律确定振幅的测量位置以及在管道上做出相应的测量标记,并以此来确定摄像机拍摄管道振动视频的角度。3.通过摄像机拍摄管道振动过程的视频,并借助计算机软件将其处理成一帧帧的图像,分析对比管道标记处像素坐标值,从中选出管道的图像。对管道图像进行预处理分析,其目的是为了减少计算机的运算量,提高处理效率,同时确保了后期管道边缘检测的精度。4.研究基于边缘检测的管道弯曲振幅的测量方法。对比分析几种不同的边缘检测算法,择出检测管道边缘线效果明显的算法,绘制出管道上边缘的变化曲线,从而可以看出管道在振动过程中的弯曲程度,并计算出振动过程中管道的弯曲振幅。5.通过对管道在不同工况下振动试验的研究,具体分析了基于边缘检测的测量方法得到的试验数据,并将其与由百分表测量得到的数据进行对比,验证了基于边缘检测的测量方法的可行性。
【图文】：

光纤光栅传感器,工作原理

具备质量体积小、抗电磁干扰性强、抗腐蚀等优点，可实现对温度及应力的测量。其测试原理如图1.1所示。当一束宽带光经过光纤光栅时，光纤光栅会将相位匹配的单色光B 反射回来，其余波长的光将投射出去。图 1.1 光纤光栅传感器的工作原理外界应力、温度或压力的变化都会引起中心波长B 发生变化，因此通过采用温度自补偿式光纤光栅传感器可实现管道变形及应力变化监测。钱晋武等人在被检管道内等距离铺设光纤光栅传感器，通过获取被测管道内的弯曲变形信息，实现管道空间位置形状的位置重建。中国石油管道研究中心马云宾等人对此传感器测量的5.12汶川地震后管体应力数据进行分析，结果表明光纤光栅传感器能够真实的反应管体应力变化，效果非常明显。但此传感器仅限于点式测量，很难实

检测手段

现全分布式测量，在长距离实时监测方面还略显不足。针对上述说明的集中常见检测技术，除了分析中指出的各自不足之处外，其共同特点就是需要有专业的工程师做定期的现场检测，如图1.2所示。这样既减少了便利性，又增加了人工成本，，同时也降低了效率。同时随着管道的普遍应用，其本身工作环境也限制了人工现场检测，例如埋地管道、海底管道等，而且非实时监测所带来的后果就是对发生事故的预警存在一定的滞后性。图 1.2 传统检测手段1.4 论文主要研究内容本文围绕管道振动问题，重点分析了管道的弯曲振动，对管道弯曲振幅的测量过程中涉及到的图像处理技术进行了深入的分析和研究，建立了一些有效的算法和方法，最后通过误差分析，验证了图像处理技术的有效性，实现了对管道振幅的精确测量。本文的主要研究内容如下：（1）阐述了管道振动的主要成因，建立管道结构的力学模型，分析出管道的振动频率和振动振型，为试验装置的搭建建立了理论依据。（2）通过对管道施加的圆周激振力的分析
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TH113.1

【参考文献】