厚壁结构超声波传播特性研究及其无损检测应用
发布时间：2023-02-09 07:27
作为重要的承压承重结构,厚壁结构是石油和电力等能源工业中最为关键的部件之一。其中以厚板和厚壁管道的应用最为广泛,其一旦失效往往造成重大的人员伤亡和经济损失。超声无损检测技术在该类结构的健康状况评估中表现出了巨大的潜力,因此深入研究厚壁结构中超声波的传播特性及其无损检测应用,具有重要的学术意义和工程实用价值。本文根据厚壁结构边界的复杂程度,由简单到复杂,系统地研究了平面半无限域、厚板、厚壁管道及双层厚壁管道中超声波的传播特性,为厚壁结构的超声无损检测提供了理论基础和实践指导。按照本文章节的顺序,主要研究内容包括:(1)建立了无限域中线载荷下波传播的弹性动力学模型,并将该问题转换为半无限域的平面应变问题,引入Cagniard-de Hoop法简化了求解过程,求得了瞬态位移解析解,得到了脉冲函数和调制函数载荷下的瞬态位移。(2)提出了一种基于半无限域中瞬态波位移解析解的线性相控阵声场指向性表征方法。计算了多个阵元在调制函数载荷下的瞬态位移,确定了声场指向性函数,并进行了实验验证。结果表明,二者的总体变化趋势相吻合。进一步研究了阵列参数对声场指向性的影响,获得了最佳阵列参数范围。(3)提出了一...
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景和研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 固体中的瞬态弹性波
1.2.2 超声体波检测
1.2.3 超声导波检测
1.3 目前存在的问题
1.4 本文主要研究内容
第2章 无限域中瞬态弹性波的传播理论
2.1 垂直线载荷下的瞬态位移
2.1.1 边界条件及初始条件
2.1.2 平面应变问题的控制方程
2.1.3 位移解析式的推导
2.2 利用Cagniard-de Hoop法求解
2.3 调制函数载荷下瞬态位移的计算
2.4 本章小结
第3章 基于瞬态波位移解析解的相控阵声场计算方法研究
3.1 表面垂直线载荷下半无限域的瞬态位移
3.1.1 位移解析式的推导
3.1.2 数值计算与有限元仿真对比
3.2 基于瞬态波位移解析解的线阵指向性计算方法
3.2.1 基于半无限域垂直线载荷的理论模型
3.2.2 线阵瞬态位移的计算
3.2.3 声场指向性的表征
3.3 超声相控阵瞬态波位移场测量实验研究
3.3.1 瞬态波位移场测量系统
3.3.2 声束偏转不同角度时的纵波指向性
3.3.3 声场半径变化时的纵波指向性
3.4 线阵参数对声束的影响
3.4.1 波长
3.4.2 阵列宽度
3.4.3 阵元宽度/阵元间距
3.4.4 声场半径
3.5 本章小结
第4章 厚板超声波瞬态位移及其Lamb波应用研究
4.1 单位阶跃函数点载荷下的瞬态位移
4.1.1 广义射线理论求解位移解析解
4.1.2 表面垂直点载荷下的瞬态位移计算
4.2 调制函数点载荷下瞬态位移的计算方法
4.2.1 单位阶跃函数响应位移叠加法
4.2.2 数值计算及有限元仿真对比
4.3 点载荷下厚板超声波点瞬态位移的实验研究
4.3.1 基于非接触全光学检测装置的实验系统
4.3.2 不同传播距离下的瞬态位移
4.3.3 不同载荷信号下的瞬态位移
4.4 垂直点载荷下厚板Lamb波的传播特性
4.4.1 垂直点载荷下的Lamb波模态
4.4.2 频率对Lamb波波形的影响
4.4.3 A0模态相速度的计算
4.5 平板和管道中Lamb波的相似性研究
4.5.1 A0与C-A0模态
4.5.2 S0与C-S0模态
4.6 本章小结
第5章 厚壁管道周向Lamb波窄声束阵列传感器研制
5.1 激励模态研究
5.2 声场的仿真优化
5.2.1 有限元仿真模型
5.2.2 声场优化结果
5.3 传感器制作
5.4 窄声束阵列传感器的声场测量实验
5.5 本章小结
第6章 厚壁管道附着物超声导波检测技术研究
6.1 管道-附着物双层结构模型
6.2 纵向模态在双层管道中的传播特性
6.3 含内壁附着物管道的群速度测量实验研究
6.3.1 内壁均匀附着层的制作
6.3.2 群速度测量实验系统
6.3.3 实验结果
6.4 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读博士学位期间所发表的学术论文
致谢
本文编号：3738475
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景和研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 固体中的瞬态弹性波
1.2.2 超声体波检测
1.2.3 超声导波检测
1.3 目前存在的问题
1.4 本文主要研究内容
第2章 无限域中瞬态弹性波的传播理论
2.1 垂直线载荷下的瞬态位移
2.1.1 边界条件及初始条件
2.1.2 平面应变问题的控制方程
2.1.3 位移解析式的推导
2.2 利用Cagniard-de Hoop法求解
2.3 调制函数载荷下瞬态位移的计算
2.4 本章小结
第3章 基于瞬态波位移解析解的相控阵声场计算方法研究
3.1 表面垂直线载荷下半无限域的瞬态位移
3.1.1 位移解析式的推导
3.1.2 数值计算与有限元仿真对比
3.2 基于瞬态波位移解析解的线阵指向性计算方法
3.2.1 基于半无限域垂直线载荷的理论模型
3.2.2 线阵瞬态位移的计算
3.2.3 声场指向性的表征
3.3 超声相控阵瞬态波位移场测量实验研究
3.3.1 瞬态波位移场测量系统
3.3.2 声束偏转不同角度时的纵波指向性
3.3.3 声场半径变化时的纵波指向性
3.4 线阵参数对声束的影响
3.4.1 波长
3.4.2 阵列宽度
3.4.3 阵元宽度/阵元间距
3.4.4 声场半径
3.5 本章小结
第4章 厚板超声波瞬态位移及其Lamb波应用研究
4.1 单位阶跃函数点载荷下的瞬态位移
4.1.1 广义射线理论求解位移解析解
4.1.2 表面垂直点载荷下的瞬态位移计算
4.2 调制函数点载荷下瞬态位移的计算方法
4.2.1 单位阶跃函数响应位移叠加法
4.2.2 数值计算及有限元仿真对比
4.3 点载荷下厚板超声波点瞬态位移的实验研究
4.3.1 基于非接触全光学检测装置的实验系统
4.3.2 不同传播距离下的瞬态位移
4.3.3 不同载荷信号下的瞬态位移
4.4 垂直点载荷下厚板Lamb波的传播特性
4.4.1 垂直点载荷下的Lamb波模态
4.4.2 频率对Lamb波波形的影响
4.4.3 A0模态相速度的计算
4.5 平板和管道中Lamb波的相似性研究
4.5.1 A0与C-A0模态
4.5.2 S0与C-S0模态
4.6 本章小结
第5章 厚壁管道周向Lamb波窄声束阵列传感器研制
5.1 激励模态研究
5.2 声场的仿真优化
5.2.1 有限元仿真模型
5.2.2 声场优化结果
5.3 传感器制作
5.4 窄声束阵列传感器的声场测量实验
5.5 本章小结
第6章 厚壁管道附着物超声导波检测技术研究
6.1 管道-附着物双层结构模型
6.2 纵向模态在双层管道中的传播特性
6.3 含内壁附着物管道的群速度测量实验研究
6.3.1 内壁均匀附着层的制作
6.3.2 群速度测量实验系统
6.3.3 实验结果
6.4 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读博士学位期间所发表的学术论文
致谢
本文编号：3738475
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3738475.html
