超声波在钢板与防腐层中的传播特性研究

发布时间：2017-09-11 18:46

  本文关键词：超声波在钢板与防腐层中的传播特性研究

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【摘要】：在石油、天然气、水等流体的运输方面,管道输送有其不可替代的优势,被广泛应用到全世界范围内。管材大部分选用市面上的低碳钢,影响埋地管道可靠性和使用期限的最主要的关键因素是管道被多种环境因素所带来的腐蚀。工程上,普遍采用防腐涂层和电化学方式进行保护以预防管道被腐蚀。埋地管道的防腐涂层会由于多种原因产生破损进而失去防腐效果,严重的话会发生管道泄漏等恶性事件。根据国内外研究成果,国内的大多数长距离的石油、天然气管道已渐渐步入事故高发期。防腐层作为管道保护的第一道屏障,其作用是至关重要的。因此,有组织、有计划的加快防腐层的检测以不能懈怠了。本文研究了超声波的斜入射理论、传播和衰减特性,以及板中的超声导波传播特性、模态和频散方程的求解。通过理论研究,由于波的衰减幅值与波传播的介质相关,当斜入射波在有无环氧树脂的钢板中传播时,超声波的传播要会发生不间断的反射与折射。波的非线性和幅值的衰减肯定是不同的。采用有限元仿真COMSOL对探头频率不同、角度不同时,探头分别置于完好的防腐层钢板、探头置于破损的防腐层钢板以及探头置于破损边界的防腐层钢板的回波信号的传播特性进行分析。实验采用环氧树脂的涂层介质对超声波的传播过程进行实验,采用三种频率不同的探头建立探头置于完好的防腐层钢板、探头置于破损的防腐层钢板以及探头置于破损边界的防腐层钢板模型,通过数据对比分析超声波幅值与非线性的变化。经过反复的仿真与实验研究,得到了超声斜入射波在两层板也就是在钢板和涂有环氧树脂的物体中传播时,它的传播过程并非那么复杂。接收到的回波信号也只是在幅值上有衰减,衰减幅度大约1/3,而且波形出现非线性。根据实验研究表明,使用超声波的斜入射方法检测防腐层是否破损时行之有效的方法,在有无破损处会发现突出的非线性。为管道防腐层的破损检测提供了依据。
【关键词】：超声波 钢板与防腐层 传播特性 振动函数
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG115.285
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题的研究背景及意义9-11
• 1.2 防腐层破损检测的研究11-13
• 1.3 防腐层检测的国内外现状13-15
• 1.3.1 国外研究历史及现状13-14
• 1.3.2 国内研究历史及现状14-15
• 1.4 超声波检测方法15-19
• 1.5 论文主要内容及章节安排19-20
• 1.5.1 论文的主要研究内容19
• 1.5.2 论文章节安排19-20
• 第2章 固体中超声波的基本理论20-29
• 2.1 超声波基本概念及分类20-21
• 2.2 超声波的干涉特性和斜入射分析21-25
• 2.2.1 超声的叠加和干涉特性21-22
• 2.2.2 超声波的斜入射行为22-25
• 2.3 超声波的衰减25-27
• 2.4 超声波的频散特性27
• 2.5 超声波的多模态特性27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 超声波在双层板中的传播29-39
• 3.1 双层板中超声波的矩阵建模29
• 3.2 位移的分析29-31
• 3.3 应变的分析31-32
• 3.4 应力的分析32-33
• 3.5 边界条件的分析33-36
• 3.6 一位非线性波动理论36-37
• 3.7 无限界面处的反射和折射37-38
• 3.8 本章小结38-39
• 第4章 基于防腐层检测的实验与仿真39-63
• 4.1 实验系统39-45
• 4.1.1 超声波的发射和接收41-42
• 4.1.2 斜入射探头的选择42
• 4.1.3 实验操作平台42-45
• 4.2 探头频率对防腐层检测的影响45-53
• 4.3 仿真分析53-61
• 4.3.1 防腐层模型的建立54-56
• 4.3.2 仿真的频率对检测的影响56-58
• 4.3.3 仿真的角度对防腐层检测的影响58-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第5章 结论63-64
• 参考文献64-67
• 附录 实验装置示意图67-68
• 在学研究成果68-69
• 致谢69

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本文编号：832452