基于超声导波的管道损伤成像研究

发布时间：2020-05-19 08:40

【摘要】：管道结构因其安全、稳定、可靠等特点,在建筑、工业、市政、舰船等领域中有着广泛的应用,现已成为五大运输方式之一。管道结构服役期内因外力破坏、老化腐蚀、环境作用等影响而产生结构损坏,极易造成环境污染和财产损失,因此,针对管道结构如何进行快速、高效的检测,保证工业管道、城市管网等的安全可靠显得尤为必要。超声导波无损检测技术凭借其快速、高效、安全的特点,在管道结构无损检测领域具有广阔的应用前景。本文利用超声导波探测技术,对直管段结构的单缺陷和双缺陷进行损伤识别、定位以及成像。首先基于空心柱面导波理论,介绍导波相关概念和导波衰减现象,推导管段结构的导波频散方程,绘制频散曲线,了解管段结构中导波纵向模态、弯曲模态、扭转模态的特征,说明选择L(0,2)模态导波对管段结构进行探伤的优势,介绍管段结构中超声导波探测的基本原理。其次,基于ABAQUS软件,建立管段有限元模型,说明单元类型和网格划分的原则,阐述边界条件简化原因,并利用显式动力分析模块模拟超声导波在直管段中的传播,对比选择对管段损伤识别最为敏感的激励信号周期数和激发频率。再次,通过数值模拟,研究在直管段中单缺陷深度和周向长度对L(0,2)模态导波反射系数影响;研究直管段的双缺陷尺寸、缺陷间的距离以及缺陷周向相对位置,对缺陷识别效果的影响,分析超声导波在双缺陷管段中的传播路径。此外,介绍板结构损伤识别定位的方法和原理,并在分析板结构椭圆定位成像方法的基础上,推导出适合管段单缺陷和双缺陷的轴向定位方法和损伤成像方法。最后,介绍实验仪器与实验流程,进行无损管段超声导波实验,选择合适的激发频率与激励信号周期,并通过单缺陷管段超声导波探伤实验,验证上述轴向定位方法与损伤成像方法的有效性。有限元模型缺陷轴向定位及成像结果,表明三点轴向定位方法和圆形轨迹成像方法能有效反映管道单缺陷和双缺陷的轴向定位和周向长度信息。实验管段缺陷轴向定位和成像结果表明,上述两种方法具有可行性,但这两种方法的精确度主要取决于超声导波信号数据的精度。
【图文】：

图 1.1 中海油横琴输气管道泄漏 图 1.2 青岛输油管道爆炸事件图管道开裂损坏的因素可归结为以下三种：1）外力作用：管道上方存在违规占压物，重物对管道产生局部压力，导致管道变形受损；在施工的过程中或地址勘探过程中，管道受机械作用破坏；不法分子利用非法手段在管道上凿孔，以安装支管路偷盗油气资源。2）管道腐蚀：管道工作环境较为恶劣，管道防护层会因细菌腐蚀、氧化等作用逐渐剥落退化以至于丧失防护功能，无防护的管段在微生物以及空气氧化等作用下形成腐蚀开裂。3）环境作用：温度变化引起土层热胀冷缩，产生温差应力，，管道在不同土层间受力不均匀；在寒冷地区，因极端天气和人为因素，管道存在管体冻裂可能。管道运送的物质多为易燃、易爆、易挥发的流体或气体，管道经过城市、湖泊河流等人口密集区域或环境保护区域，一旦因自然灾害或人为作用致使管道开裂发生管道泄露，极易造成环境污染和财产损失。针对人口密集区域和环境保护区域定期开展管道的监控检测，是为管道安全运行提供保障的有效手段。

图 1.1 中海油横琴输气管道泄漏 图 1.2 青岛输油管道爆炸事件图管道开裂损坏的因素可归结为以下三种：1）外力作用：管道上方存在违规占压物，重物对管道产生局部压力，导致管道变形受损；在施工的过程中或地址勘探过程中，管道受机械作用破坏；不法分子利用非法手段在管道上凿孔，以安装支管路偷盗油气资源。2）管道腐蚀：管道工作环境较为恶劣，管道防护层会因细菌腐蚀、氧化等作用逐渐剥落退化以至于丧失防护功能，无防护的管段在微生物以及空气氧化等作用下形成腐蚀开裂。3）环境作用：温度变化引起土层热胀冷缩，产生温差应力，管道在不同土层间受力不均匀；在寒冷地区，因极端天气和人为因素，管道存在管体冻裂可能。管道运送的物质多为易燃、易爆、易挥发的流体或气体，管道经过城市、湖泊河流等人口密集区域或环境保护区域，一旦因自然灾害或人为作用致使管道开裂发生管道泄露，极易造成环境污染和财产损失。针对人口密集区域和环境保护区域定期开展管道的监控检测，是为管道安全运行提供保障的有效手段。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U178

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 孙振华;刘丽;陈凯;刘瑾;李薛;;超声导波在胜利油田埋地管道腐蚀监测中的现场应用与分析[J];内江科技;2019年01期

2 ;“超声导波检测技术应用与发展”专题征稿启事[J];无损检测;2018年09期

3 于淑敏;刘雪芳;;电磁超声导波技术在钢丝绳检测中的应用[J];华电技术;2016年12期

4 田少华;杨录;张艳花;;磁致伸缩超声导波激励电路设计[J];山西电子技术;2016年02期

5 翟明;;管道缺陷检测及评价中超声导波技术的实践探讨[J];科学家;2017年17期

6 薛利杰;张建华;符栋良;;超声导波技术在管道检测中的应用[J];广州化工;2013年15期

7 郑满荣;;压力管道超声导波检测技术应用研究[J];广东科技;2013年18期

8 吴斌;孟涛;何存富;焦敬品;;土壤声学特性的超声导波测量[J];机械工程学报;2006年10期

9 江学荣,杜好阳;无缝钢管超声导波检测技术[J];广东电力;2002年05期

10 李振杰;;超声导波技术在特种设备检测中的应用研究[J];科技风;2019年23期

相关会议论文 前10条

1 宋小军;罗春苟;他得安;王威琪;;自适应Gaussian-Chirplet算法分析长骨中超声导波的频散[A];中国声学学会2009年青年学术会议[CYCA’09]论文集[C];2009年

2 李光海;焦阳;孙广开;赵玉博;田凤彬;;不同管材中超声导波检测特性研究[A];第二十届海峡两岸及香港、澳门地区职业安全健康学术研讨会暨中国职业安全健康协会2012学术年会论文集[C];2012年

3 龚鲁华;杨京;程建春;;激光超声导波技术评价双层复合板粘结特性[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年

4 白亮;许凯亮;他得安;;基于相控阵选择性激励超声导波的方法研究[A];中国声学学会2017年全国声学学术会议论文集[C];2017年

5 顾福明;左延田;吕华亭;杨惠谷;;埋地管道管体超声导波检测技术的试验研究[A];压力管道技术研究进展精选集——第四届全国管道技术学术会议[C];2010年

6 刘洋;杨迪;郭霞生;章东;;超声导波对管材疲劳评价的研究[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年

7 焦敬品;候松;马婷;吴斌;何存富;;基于自回归谱分析的超声导波缺陷定量检测方法研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

8 许凯亮;他得安;王威琪;;超声导波在长骨裂纹处的反射与透射数值仿真[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年

9 罗春苟;他得安;;皮质骨仿体中超声导波的测量[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年

10 顾建祖;陈榕;RAHIM GORGIN;;变化温度下的超声导波板状结构健康监测[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集（下）[C];2018年

相关重要报纸文章 前9条

1 记者 杨婧瀚 通讯员 王禹钦 武英俊;管道公司应用超声导波技术初步告捷[N];石油管道报;2007年

2 记者 孙兆光;超声导波“听诊”管道损伤[N];中国石油报;2007年

3 本报记者 杨婧瀚邋通讯员 王维斌;超声导波技术——听诊管道[N];石油管道报;2007年

4 记者 杨婧瀚邋特约记者 武英俊;中外合作“超声导波国际合作实验室”揭牌[N];石油管道报;2008年

5 记者 孙兆光邋通讯员 杨婧瀚 王禹钦;管道公司应用超声导波技术检测管道[N];中国石油报;2007年

6 卞慧;给机械装备安上“火眼金睛”[N];解放日报;2016年

7 孙兆光;中国石油站场管网检测技术国内领先[N];中国石油报;2008年

8 孙兆光;管道公司站场管网检测技术达到国内领先水平[N];石油管道报;2008年

9 本报记者 李鑫金　通讯员 武英俊;“三个创新”推动科技驶入“快车道”[N];石油管道报;2011年

相关博士学位论文 前10条

1 郭鹏;基于超声导波的火电机组汽水系统安全性研究及应用[D];华北电力大学(北京);2018年

2 从明;螺旋周期结构管道超声导波检测模型及应用[D];华中科技大学;2018年

3 林荣;基于超声导波的钢轨探伤技术研究[D];暨南大学;2017年

4 王焕磊;超声波抑菌的声学机制及应用研究[D];南京大学;2017年

5 胡剑虹;基于超声导波的钢轨轨底无损检测关键技术研究[D];浙江大学;2014年

6 冯占英;铝蒙皮蜂窝板粘接质量的超声导波检测技术基础研究[D];北京航空航天大学;2016年

7 赵乃志;利用压电超声导波时间反转法的管道结构裂纹监测研究[D];大连理工大学;2013年

8 肖君柽;基于超声导波的机械结构健康监测机理研究[D];长安大学;2015年

9 许凯亮;超声导波评价长骨状况的研究[D];复旦大学;2012年

10 许西宁;基于超声导波的无缝线路钢轨应力在线监测技术应用基础研究[D];北京交通大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 常洪源;基于PZT超声导波弯曲管道结构损伤识别研究[D];沈阳建筑大学;2016年

2 王志强;基于时间反演的管道结构连接健康监测研究[D];沈阳建筑大学;2017年

3 刘丁嘉;压电超声导波在层状充液管道结构中传播特性研究[D];沈阳建筑大学;2016年

4 杜亚南;基于2FSK钢轨超声导波通信系统设计[D];西安理工大学;2019年

5 杨亮;基于超声导波的管道损伤成像研究[D];哈尔滨工程大学;2019年

6 崔梁波;弹性材料中超声导波传播特性与激励方案研究[D];哈尔滨工程大学;2019年

7 王宇航;基于基准匹配的超声导波信号环境补偿技术研究[D];厦门大学;2018年

8 李争伦;基于超声导波法隧道锚杆锚固质量检测研究[D];浙江工业大学;2018年

9 林晓辉;基于超声导波的内衬防腐蚀管道分层缺陷检测技术研究[D];华南理工大学;2018年

10 杨洋;工业管道电磁超声导波换能器设计及实验研究[D];东北石油大学;2018年

本文编号：2670631