基于PZT超声导波的多裂纹管道损伤识别研究

发布时间：2018-03-25 09:37

本文选题：结构健康监测　切入点：PZT　出处：《沈阳建筑大学》2014年硕士论文

【摘要】：在五大运输方式中,管道运输有着独特的优势,成本低、运量大、占用土地少及环境污染小等。当今世界大部分的石油和天然气都是通过管道运输的,因此管道运输业在经济建设及城市供水等方面起着重要的作用。但是由于环境的腐蚀以及使用不当等因素,致使管道在使用过程中产生腐蚀、裂纹等各种各样的缺陷。这些缺陷一旦引起泄漏发生事故,不仅给生命安全带来了危害,还对环境资源造成了污染。由此可见管道结构的损伤检测是十分必要的。由于传统检测方法的局限性,基于压电陶瓷的超声导波检测技术受到无损检测领域的广泛关注。本文主要通过理论分析、数值模拟和试验验证相结合的方法,对无缺陷管道、含裂纹管道及充液管道进行了检测研究。首先对空心圆管中的导波理论进行了推导,得出了柱面导波和周向导波的频散方程,进而推导出充液管道中超声导波纵向模态的频散方程,并利用Matlab软件对导波的频散方程进行求解,绘制出所需尺寸管道的群速度和相速度频散曲线；分析管中导波的特性,对多种模态进行分析,确定在管中传播的超声导波模态及激励频率,使其频散最小,以减小管道回波信号分析的复杂性,为进行管道检测时的信号选取提供了理论依据。其次根据脉冲回波法,利用Ansys软件分别对无损管道、含单周向裂纹管道、含双周向裂纹管道和充液管道进行了数值模拟。给出导波在管道中的传播过程,并对导波在含裂纹管道和无损管道、中空管道及充液管道中的传播情况做了分析,并且分析了双裂纹管道中裂纹参数对管道损伤程度的影响。结果表明,管道的损伤程度与裂纹的长度、宽度及深度基本成线性变化。最后进行了管道结构损伤的验证性试验。通过对激励信号的分析发现,信号周期数目大,频带窄,有利于控制信号频率,但同时在时域内信号持续时间长,波形容易叠加,因此选用经Hanning窗调制的10周期的正弦叠加信号作为实验的激励信号。利用智能材料压电陶瓷作为信号的激发与接收装置,建立了一套快捷准确的试验系统,分别对无损管道、含裂纹管道、充液管道进行检测,并对数值模拟的结果进行验证,试验表明两者基本吻合,从而验证了数值模拟方法的准确性。
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【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U178

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