基于超声导波的CFRP-GFRP双层杆损伤识别研究
发布时间：2021-12-27 18:00
复合材料抽油杆在长期的使用过程中,会发生老化以及疲劳损伤的问题。损伤通常发生在结构的内部,难以直接进行观测,如果无法确定复合材料抽油杆的应力应变水平以及损伤程度,可能会造成结构失效、结构破坏等问题,频繁更换抽油杆而不检测杆体实际的健康状态,则会造成经济成本上的极大负担。基于超声导波的无损检测方法是目前研究的热点,具有检测迅速、范围广,对损伤敏感,以及设备简单、成本优廉等特点,不需要对结构进行拆卸、破坏就可以进行检测。随着设备和技术的进步,还可以进行原位检测,这大大提高了复合材料抽油杆的有效利用率,并且对于抽油杆健康状况的检测,可以为其寿命评估以及失效预警提供依据。本文主要研究了用作抽油杆的CFRP-GFRP复合材料双层杆,发生环境老化损伤以及疲劳损伤的超声导波检测方法,主要的研究内容有:（1）将CFRP-GFRP复合材料双层杆考虑为各向异性多层圆柱,对其中传播的超声导波进行了理论分析,根据横观各向同性的圆柱壳中导波特性,提出了多层结构中导波传播规律的假设,同时在试验中加以验证。（2）分析了作为超声导波换能器的圆形压电陶瓷片的力学模型,其简化的有效线力模型应用于复合材料多层结构,能够在不...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抽油杆现场工作情况图
属“带式”抽油杆。带式抽油杆由石墨等复合材料制成了整个抽油系统的荷载和能量，抗腐蚀、寿命长且不易维抽油杆。碳纤维抽油杆重量轻、强度高、耐疲劳和耐上升，降低抽油机在和，延长检泵周期，节能显著[10]。抽油杆与碳纤维抽油杆的强大性能在现有的油田开采中针对我国的油田，开采深度深，开采难度大的特点，显纤维复合材料抽油杆[12]相对玻璃纤维复合材料杆的力学复合材料成本较高，同时早期的碳纤维依赖进口，国外技居高不下。直至 2008 年后打破国外技术封锁，碳纤维价抽油杆的开发才脱离停滞状态。即便是碳纤维的价格达格依然相对较高，想要广泛运用于油田采集系统还面临将玻璃纤维与碳纤维材料混合制成的多层复合材料纤维合材料[13]，一方面在结构强度方面满足了抽油杆的基本的降低和控制能够使得这种材料的优秀性能能够在各个。
3）利用超声导波在介质中损伤前后传感器信号之间的差异进行分析[35]4）通过信号处理技术，分析信号特征及差别，识别介质的损伤情况。动导波的监测方法，与其他传统监测方法所不具备的优点[33]：1）波形扫射面积广泛，效率高。不必多点布置传感器就能对构件进行离的监测，如图 1-3 所示；2）不需要模态参数进行比对，不需要考虑参比构件的稳定性和耐久性问3）利用驱动器产生监测信号，与传统的声发射被动监测相比，可以控率、幅值、波形，并且成分单一，受外界干扰小；4）工作范围宽，工作信号的频率高。相比低频监测方法来说，高频振结构内部的缺陷和微裂缝更加的敏感；5）设备简单、成本较低的优点[33]。于超声导波的复合材料损伤监测，以研究对象可以分为两类：第一类以复合材料杆为研究对象，主要研究识别在不同老化阶段的工况下复合变化，以导波的幅值变化和走时为监测特征量；第二类，以疲劳损伤的为主要的研究对象，主要采用导波的幅值、频谱以及波形变化作为监测劳的工况对比进行分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]正交各向异性空心圆柱体中的纵向导波[J]. 宋国荣,刘明坤,吕炎,刘宏业,吴斌,何存富. 工程力学. 2018(03)
[2]提高抽油泵泵效的技术措施[J]. 孙辰,张晓辉,强磊. 化工设计通讯. 2017(10)
[3]抽油杆断脱原因分析及预防措施[J]. 杨元科. 化工管理. 2017(15)
[4]基于柔度曲率矩阵的复合材料脱层损伤识别研究[J]. 李菊峰,杨涛,杜宇,牛雪娟. 宇航材料工艺. 2015(05)
[5]复合材料无损检测技术的现状与展望[J]. 杨帆. 科技创新与应用. 2015(16)
[6]基于主动导波的钢筋锈蚀识别技术[J]. 逯彦秋,安关峰,程进. 北京工业大学学报. 2014(06)
[7]基于微波技术的复合材料内部缺陷无损检测技术研究[J]. 马耀,邢贺民,段滋华. 材料导报. 2013(S2)
[8]我国29年来抽油杆研制工作回顾与展望[J]. 吴则中,陈强,钟永海,王志明,孟忠良,顾雪林,高佃生,刘连伟,鄢细林. 石油矿场机械. 2012(01)
[9]基于Shannon复数小波的复合材料结构时间反转聚焦多损伤成像方法[J]. 邱雷,袁慎芳,张逍越,王强,张炳良,杨伟伟. 复合材料学报. 2010(02)
[10]压电驱动器应用中的模型分析[J]. 贾丽杰,李敏. 飞机设计. 2010(01)
硕士论文
[1]混凝土中钢筋腐蚀损伤的超声导波监测[D]. 马骋.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于超声导波方法的风机叶片覆冰检测[D]. 王鹏.哈尔滨工业大学 2016
[3]混凝土包裹下钢筋锈蚀的主动导波监测[D]. 张玉强.哈尔滨工业大学 2013
[4]复合材料与液体组份的微波检测技术研究[D]. 邢贺民.太原理工大学 2013
[5]复杂结构中导波的传播机理与结构损伤识别研究[D]. 孙学伟.上海交通大学 2013
[6]抽油杆腐蚀缺陷形貌对寿命影响的研究[D]. 许猛.东北大学 2012
[7]FRP补丁式分层无损检测新方法的理论研究[D]. 罗春霞.哈尔滨工业大学 2008
[8]抽油杆可靠性及其剩余寿命研究[D]. 李晓秋.大庆石油学院 2007
[9]飞机复合材料结构智能敲击检测系统研究[D]. 闫晓东.南京航空航天大学 2007
本文编号：3552452
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抽油杆现场工作情况图
属“带式”抽油杆。带式抽油杆由石墨等复合材料制成了整个抽油系统的荷载和能量，抗腐蚀、寿命长且不易维抽油杆。碳纤维抽油杆重量轻、强度高、耐疲劳和耐上升，降低抽油机在和，延长检泵周期，节能显著[10]。抽油杆与碳纤维抽油杆的强大性能在现有的油田开采中针对我国的油田，开采深度深，开采难度大的特点，显纤维复合材料抽油杆[12]相对玻璃纤维复合材料杆的力学复合材料成本较高，同时早期的碳纤维依赖进口，国外技居高不下。直至 2008 年后打破国外技术封锁，碳纤维价抽油杆的开发才脱离停滞状态。即便是碳纤维的价格达格依然相对较高，想要广泛运用于油田采集系统还面临将玻璃纤维与碳纤维材料混合制成的多层复合材料纤维合材料[13]，一方面在结构强度方面满足了抽油杆的基本的降低和控制能够使得这种材料的优秀性能能够在各个。
3）利用超声导波在介质中损伤前后传感器信号之间的差异进行分析[35]4）通过信号处理技术，分析信号特征及差别，识别介质的损伤情况。动导波的监测方法，与其他传统监测方法所不具备的优点[33]：1）波形扫射面积广泛，效率高。不必多点布置传感器就能对构件进行离的监测，如图 1-3 所示；2）不需要模态参数进行比对，不需要考虑参比构件的稳定性和耐久性问3）利用驱动器产生监测信号，与传统的声发射被动监测相比，可以控率、幅值、波形，并且成分单一，受外界干扰小；4）工作范围宽，工作信号的频率高。相比低频监测方法来说，高频振结构内部的缺陷和微裂缝更加的敏感；5）设备简单、成本较低的优点[33]。于超声导波的复合材料损伤监测，以研究对象可以分为两类：第一类以复合材料杆为研究对象，主要研究识别在不同老化阶段的工况下复合变化，以导波的幅值变化和走时为监测特征量；第二类，以疲劳损伤的为主要的研究对象，主要采用导波的幅值、频谱以及波形变化作为监测劳的工况对比进行分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]正交各向异性空心圆柱体中的纵向导波[J]. 宋国荣,刘明坤,吕炎,刘宏业,吴斌,何存富. 工程力学. 2018(03)
[2]提高抽油泵泵效的技术措施[J]. 孙辰,张晓辉,强磊. 化工设计通讯. 2017(10)
[3]抽油杆断脱原因分析及预防措施[J]. 杨元科. 化工管理. 2017(15)
[4]基于柔度曲率矩阵的复合材料脱层损伤识别研究[J]. 李菊峰,杨涛,杜宇,牛雪娟. 宇航材料工艺. 2015(05)
[5]复合材料无损检测技术的现状与展望[J]. 杨帆. 科技创新与应用. 2015(16)
[6]基于主动导波的钢筋锈蚀识别技术[J]. 逯彦秋,安关峰,程进. 北京工业大学学报. 2014(06)
[7]基于微波技术的复合材料内部缺陷无损检测技术研究[J]. 马耀,邢贺民,段滋华. 材料导报. 2013(S2)
[8]我国29年来抽油杆研制工作回顾与展望[J]. 吴则中,陈强,钟永海,王志明,孟忠良,顾雪林,高佃生,刘连伟,鄢细林. 石油矿场机械. 2012(01)
[9]基于Shannon复数小波的复合材料结构时间反转聚焦多损伤成像方法[J]. 邱雷,袁慎芳,张逍越,王强,张炳良,杨伟伟. 复合材料学报. 2010(02)
[10]压电驱动器应用中的模型分析[J]. 贾丽杰,李敏. 飞机设计. 2010(01)
硕士论文
[1]混凝土中钢筋腐蚀损伤的超声导波监测[D]. 马骋.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于超声导波方法的风机叶片覆冰检测[D]. 王鹏.哈尔滨工业大学 2016
[3]混凝土包裹下钢筋锈蚀的主动导波监测[D]. 张玉强.哈尔滨工业大学 2013
[4]复合材料与液体组份的微波检测技术研究[D]. 邢贺民.太原理工大学 2013
[5]复杂结构中导波的传播机理与结构损伤识别研究[D]. 孙学伟.上海交通大学 2013
[6]抽油杆腐蚀缺陷形貌对寿命影响的研究[D]. 许猛.东北大学 2012
[7]FRP补丁式分层无损检测新方法的理论研究[D]. 罗春霞.哈尔滨工业大学 2008
[8]抽油杆可靠性及其剩余寿命研究[D]. 李晓秋.大庆石油学院 2007
[9]飞机复合材料结构智能敲击检测系统研究[D]. 闫晓东.南京航空航天大学 2007
本文编号：3552452
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