焊缝特征导波传播特性的数值模拟和实验研究

发布时间：2017-03-27 13:04

  本文关键词：焊缝特征导波传播特性的数值模拟和实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：焊缝作为特种设备和深海平台内部的重要连接结构,长期处于高压、强腐蚀、大载荷的工作状态,其结构安全影响了工业生产的效率和安全。传统的焊缝无损检测方法效率不高,不适用于大规模且不规则的焊缝结构。超声导波检测技术的原理是声波在波导边界经过多次折射和反射相互耦合并沿着边界向前传播,因此具有传播距离长而衰减小的优点,在无损检测领域中有广泛的应用前景。焊缝结构作为一种特殊的波导,其结构及材料不同时特征导波传播特性也有所改变,对此,建立导波在焊缝中的传播数学模型,通过观察其位移场分布、频散特性、衰减特性等,研究不同材料和不同结构焊缝中振动集中、泄漏少、频散小的焊缝特征导波模态和频率段,显得至关重要。本文将围绕焊缝特征导波的理论基础、数值模拟、实验系统、群速度检测及衰减检测设计等展开研究,主要研究内容如下:1)研究了超声导波基本特性,根据Snell定律推导了形成焊缝特征导波的物理模型;结合半解析有限元法和固体中声波运动方程,建立标准对接焊缝的有限元模型,在焊板两侧引入吸收区域,获得了每种导波模态在结构中的能量流分布。通过分析特征导波的振动形态发现两种基态模态,并命名为SHw0和Sw0模态,从频散和衰减特性等方面,探讨了这两种导波模态的应用价值。2)建立了不同对接焊板参数包括不同材料和不同结构下的半解析有限元模型,研究50KHz-400KHz频率下SHw0和Sw0模态在不同焊缝结构下的位移、频散和衰减特性。研究发现当焊缝结构特征加强如焊缝余高和宽度增大时,导波主位移更为集中在焊缝及其周围。并且SHw0模态衰减小、频散小,传播特性基本稳定,只有当焊板厚度和材料变化时相速度才改变;Sw0模态的相速度和衰减特性受结构影响较大。3)建立了焊缝特征导波激励接收实验系统,研究了SHW0和SW0模态激励接收方式,实验证明其沿着焊缝传播,且群速度和相同频厚积下的SH0和S0模态群速度接近。设计了检测模态群速度和衰减的实验,求得三块不同对接焊板中群速度与衰减率,检查结果与数值模拟结果一致性好。在三条焊缝中预制了纵向裂纹、横向裂纹和孔洞三种不同类型缺陷,实验结果证明,所激励的SHW0和SW0模态能够实现焊缝中缺陷检测与定位。数值模拟与实验分析结果表明,本文所探讨的SHW0和SW0模态沿着焊缝传播,且能量主要集中在焊缝中,衰减少、频散小,能够用于焊缝缺陷的检测与定位,为焊缝特征导波的实际应用奠定了基础。
【关键词】：焊缝特征导波 无损检测 半解析有限元法 模态分析
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG441.7
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 焊缝检测技术的研究现状12-14
• 1.3 超声导波焊缝检测技术的研究现状14-16
• 1.4 超声导波的理论研究方法16-18
• 1.5 本课题的来源与主要研究内容18-20
• 1.5.1 课题来源18
• 1.5.2 本文主要研究内容18-20
• 第二章 超声导波基本理论及焊缝特征导波的形成20-30
• 2.1 超声导波基本特性20-23
• 2.1.1 超声导波的相速度与群速度20-21
• 2.1.2 导波的频散现象与衰减21-22
• 2.1.3 超声导波的振动形态22-23
• 2.2 板中的导波23-27
• 2.2.1 板中的SH导波23-26
• 2.2.2 板中的Lamb波26-27
• 2.3 焊缝特征导波的形成27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 基于半解析有限元法的焊缝特征导波模型30-39
• 3.1 焊缝特征导波的半解析有限元建模30-32
• 3.1.1 半解析有限元法简介30
• 3.1.2 焊缝特征导波的质点位移方程30-32
• 3.2 焊缝结构的数值模型32-36
• 3.2.1 材料参数与网格划分32-34
• 3.2.2 模型几何结构34
• 3.2.3 增加吸收区域34-35
• 3.2.4 模态位移场的能量流35-36
• 3.3 两种基本模态的焊缝特征导波36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 焊缝特征导波传播特性的影响因素研究39-46
• 4.1 焊缝余高对焊缝特征导波传播特性的影响39-41
• 4.2 焊缝宽度对焊缝特征导波传播特性的影响41-42
• 4.3 焊板厚度对焊缝特征导波传播特性的影响42-44
• 4.4 焊缝材料对焊缝特征导波传播特性的影响44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第五章 焊缝特征导波传播特性的实验研究46-65
• 5.1 实验系统46-48
• 5.2 群速度检测实验方法的设计48-49
• 5.3 焊缝特征导波激励及模态鉴别49-55
• 5.3.1 SH_(W0)模态的激励与鉴别49-52
• 5.3.2 S_(W0)模态的激励与鉴别52-55
• 5.4 对接焊板中的群速度检测55-57
• 5.5 对接焊板中的衰减率检测57-61
• 5.6 焊缝特征导波应用于焊缝缺陷检测61-64
• 5.7 本章小结64-65
• 第六章 总结和展望65-67
• 6.1 本文已完成的工作65-66
• 6.2 对未来工作的展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他科研成果72

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 罗津如;近年日本的焊缝自动检验动向[J];无损探伤;2001年01期

2 郭旭英;浅谈焊缝符号国家标准在设计文件中的正确标注[J];航天标准化;2004年03期

3 王乃成;关于焊缝表示法两个国家标准的介绍与分析[J];航天标准化;2005年03期

4 董自强;赵红艳;王燕;;钢结构产品检验中简易焊缝尺的制作及使用[J];新技术新工艺;2011年10期

5 蔡娟;赵长生;李永平;;一种焊缝致密性快速检验方法[J];起重运输机械;2013年08期

6 郝世海;王彦君;熊登保;;钛焊缝表面氧化对其机械性能的影响[J];焊接;1983年01期

7 萧前;关于焊缝系数的几点看法[J];石油化工设备;1987年04期

8 孙景荣;;铝焊缝常见缺陷及返修[J];焊接技术;1989年05期

9 任兰雄;;焊缝结晶偏析对射线底片的影响[J];物理测试;1990年01期

10 刘邦宣;;如何提高焊缝返修合格率[J];焊接技术;1990年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 常青;朱红亮;李洪刚;白福清;蒋旭伟;;龙城大桥钢结构焊缝无损检测方法的研究及应用[A];全国城市公路学会第十八届学术年会论文集[C];2009年

2 马海涛;王来;赵杰;韩双起;丛继功;李卫东;刘民;佟金杰;;汽油加氢装置反应器出口管线焊缝开裂原因分析[A];2007年全国失效分析学术会议论文集[C];2007年

3 李安营;张国顺;王秀京;;耳座焊缝的超声波探伤[A];2002年晋冀鲁豫鄂蒙川沪云贵甘十一省市区机械工程学会学术年会论文集（河南分册）[C];2002年

4 陈永祥;瞿才渊;;大型焊接齿轮焊缝的超声波探伤方法[A];2009海峡两岸机械科技论坛论文集[C];2009年

5 王峰;;渗透检验时对焊缝表面缺陷渗透能力的分析[A];2006年度海洋工程学术会议论文集[C];2006年

6 陈永祥;瞿才渊;;大型焊接齿轮焊缝的超声波探伤方法[A];晋冀鲁豫鄂蒙川云贵甘沪湘渝十三省区市机械工程学会2009年学术年会论文集（河南、贵州、重庆分册）[C];2009年

7 吴佑明;范崇显;杨世柏;;超高温服役的奥氏体耐热钢焊缝失效分析[A];2003年11省区市机械工程学会学术会议论文集[C];2003年

8 孙周明;张连华;陈善忠;李旭;;提速车焊接转向架焊缝TIG重熔工艺的研究[A];江苏省机械工程学会第六次会员代表大会论文集[C];2002年

9 何伟;;钢管螺旋焊缝表面缺陷性质分析[A];2007四川省理化检验、无损检测学术交流年会论文集[C];2007年

10 赵征;;铝合金薄板长直焊缝的自动跟踪系统[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 湖南工学院 蒋冬青 湖南韶峰水泥集团有限公司 胡荣;MPS3750B型立磨安装时的焊接要领[N];中国建材报;2007年

2 岳华;高清洁管道质量“要诀”[N];中国石化报;2010年

3 石建芬　赵凤 卢鹏;钢管生产“穿斗篷”“戴面罩”[N];中国石化报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 王敏;钛合金T-型结构单面焊背面双侧成形焊接新技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

2 甄任贺;微间隙焊缝磁光成像机理与位置识别研究[D];广东工业大学;2016年

3 朱强;CLAM钢TIG焊接接头性能及其在液态锂铅中腐蚀行为研究[D];江苏大学;2011年

4 李菊;钛合金低应力无变形焊接过程机理研究[D];北京工业大学;2004年

5 陈俐;航空钛合金激光焊接全熔透稳定性及其焊接物理冶金研究[D];华中科技大学;2005年

6 姚远;几种Fe-C系汽车材料大功率CO_2激光深熔焊接工艺研究[D];吉林大学;2006年

7 沈长斌;搅拌摩擦与缓蚀剂联合作用下铝合金焊缝的室温电化学性能的研究[D];大连交通大学;2012年

8 王立伟;基于视觉信息的钢板连续生产线激光焊接关键技术的研究[D];河北工业大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李宁宁;激光视觉V型焊缝图像识别技术研究[D];河北联合大学;2014年

2 魏爱民;高氮奥氏体不锈钢光纤激光焊接工艺试验研究[D];南京理工大学;2015年

3 陈熙引;基于双目视觉的机器人焊缝识别及轨迹规划研究[D];华南理工大学;2015年

4 孙立人;AZ31B镁合金CO_2激光焊接接头组织性能分析[D];内蒙古工业大学;2015年

5 洪浩洋;钛合金A-TIG焊接工艺的应用研究[D];沈阳理工大学;2015年

6 宋庆军;大厚度TC4ELI钛合金EBW质量控制及球壳变形预测[D];哈尔滨工业大学;2015年

7 郝超超;燃气管道焊缝定位及机器人通讯系统研究[D];华北理工大学;2015年

8 郭崇;不同焊接工况对激光焊接接头组织影响的研究[D];上海工程技术大学;2015年

9 王彦杰;焊接质量的计算机检测评价系统的设计与实现[D];电子科技大学;2014年

10 孙硕;高强钢激光—电弧复合焊焊缝成型的预测研究[D];长春理工大学;2014年

  本文关键词：焊缝特征导波传播特性的数值模拟和实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：270427