基于超声导波的电站结构健康监测

发布时间：2018-05-20 23:23

本文选题：电站 + 健康监测　；参考：《华北电力大学(北京)》2016年博士论文

【摘要】：火电站及核电站中很多在役部件(如蒸汽管路、换热器、汽轮机等)长期处于严苛的运行环境(如高温、高压、腐蚀、辐射等)及复杂的运行工况中。在长期的服役过程中,因持续不断的腐蚀、蠕变、疲劳、应力等,材料中会出现微观损伤,随着时间推移逐渐累积并变为宏观损伤,最终导致材料失效破坏。材料一旦失效破坏,将影响电站安全运行,破坏周围的环境,造成巨大的经济损失,甚至人员伤亡。因此,电站关键设备的持续损伤检测及监测,对电站的安全运行等有重要意义。结构健康监测是通过结构信息(例如温度、应力、应变、振动等)采集、信息处理分析、健康状态诊断及寿命预测等方法,监测结构的健康情况以及预测结构的剩余寿命。一个完备的结构健康监测系统就如同人的神经系统,可以实时监测结构的状态,提供结构的健康信息,适时触发安全防护措施以及发出结构维护指令。在各种不同的结构健康监测技术中,超声导波法具有很多优点,例如传播距离远,对不同类型的损伤具有较高的敏感度,适合大面积的损伤检测或者健康监测。近来,超声导波法被广泛应用于飞机的结构健康监测,如航空铝板或复合材料的健康监测。虽然结构健康监测在航空领域发展迅速,但是在电力领域尚处于起步阶段。本研究提出了电站结构健康监测系统的概念,建立电站结构健康监测系统的基本框架,并且分析了电站结构健康监测所面临的问题及难点。除此之外,本文探索了超声导波法在电站结构损伤检测中的应用。本文主要研究内容可分为以下4部分：(1)超声导波的基础理论(第2章)：本章研究了超声导波的基础理论,例如频散关系和模态结构的求解。特别是：本章集中研究了三类电站常用结构(厚壁结构、管道和与水接触的结构)中的导波传播模式。(2)导波的解析和数值模拟(第3章)：本章研究了导波模拟所常用的数值方法,如有限积分法和有限元法。利用有限积分法模拟了一侧有水平板中导波的传播。利用有限元法模拟了具有复杂结构的蜂窝夹芯板中导波的传播。其次,本章建立了Lamb波全波场的快速解析模拟法。最后,建立了弹性波动模拟在时域及空间域的验证方法,即采用全场扫描式激光测振仪来验证弹性波模拟的准确性。(3)基于传感器阵列的损伤成像机理(第4章)：本章研究并比较了两种常用的导波损伤成像法(稀疏阵列法和相控阵列法)。在稀疏阵列中,传感器分布式布置在被测区域附近,以检测被测区域的损伤情况。在相控阵列中,传感器分布相对紧凑。通过合理的控制相控阵列中每个传感器的相位延迟,相控阵列可以调控波束集成的方向。其次,本章从传感器布置、设计理念和成像算法方面,对稀疏阵列和相控阵列两种方法进行了比较。最后,本章还比较研究了基于时域时间延迟和基于频域相位延迟的波束调控法。(4)基于导波法的裂纹成像检测(第5章)：本章分别研究了平板和管道不同尺寸裂纹(深度、宽度和长度)对导波传播的影响。其次,本章建立了基于导波阵列的损伤成像法用于检测平板和管道中的裂纹。本研究奠定了电站结构健康监测的基础,并且本研究成功地将超声导波手段引入了电站的结构损伤检测和健康监测中。相信在不久的将来,电站结构健康监测系统能够建立,并且在电站中应用。它如同人的神经系统,实时监测电站结构的安全状态,为电站的安全运行作保障。
[Abstract]:In this paper , the concept of structure health monitoring system , such as temperature , stress , strain , vibration , etc . In this chapter , the propagation of guided waves in a honeycomb sandwich panel with complex structure is studied by using finite element method .
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM62;TB559

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