基于超声导波声弹性效应的非介入式管道压力检测机理研究
发布时间：2021-05-17 14:49
大型农机装备液压系统故障已成为影响农机装备使用可靠性的关键因素,发展一种高效、精准的非介入式压力检测方法可以有效避免液压管路超载导致的液压系统故障。超声导波技术由于其独特的优势,已被广泛应用于航空、机械装备、设施农业等领域中杆、管、板类等结构的损伤与缺陷的无损检测,取得了良好的应用效果。超声导波声弹性效应在应力检测方面具有潜在的优势,可以评估结构的绝对应力水平。特别对于大型农机装备液压管路的压力可实现非介入式检测,对于丰富与探索非介入式压力测量方法和提高农机装备的使用可靠性,都将具有重要的现实意义和广阔的应用前景。然而,超声导波在考虑管道内压力的影响时,由于需考虑应变能的影响,理论模型需使用三阶弹性常数建立超弹模型,故波动特性较为复杂,使得压力作用下超声导波多模态与频散特性共同作用的声弹特性理论分析较为困难,严重制约着超声导波技术在管道压力检测方面的推广应用。为究明管类结构在承受内压时超声导波在其中的传播特性,本文在考虑管道受内压应力分析的基础上,基于Murnaghan超弹模型建立了具有初始应力条件的非线性波动方程,数值求解了柱面导波在两种初始应力条件下的频散特性,并基于此建立了声弹频...
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 声弹性理论研究现状
1.2.2 超声波声弹性应力检测研究现状
1.2.3 超声导波声弹性研究现状
1.2.4 声弹性效应在管道应力检测方面的研究现状
1.3 课题研究内容
1.4 技术路线
2 超声导波在压力管道中的声弹特性研究
2.1 压力作用下管道中的应力分布
2.1.1 薄壁管中的应力分布
2.1.2 厚壁管中的应力分布
2.2 超声导波基本理论
2.2.1 柱面导波波动方程的建立
2.2.2 柱面导波频散曲线及振型分析
2.3 超声导波声弹性理论
2.3.1 声弹性基本理论
2.3.2 基于等效弹性常数复杂初始应力状态下的频散计算方法
2.4 压力作用下管道中超声导波的频散特性
2.4.1 纵向模态的频散特性
2.4.2 弯曲模态的频散特性
2.4.3 扭转模态的频散特性
2.5 超声导波在压力管道中的声弹特性
2.5.1 纵向模态的声弹特性
2.5.2 弯曲模态的声弹特性
2.5.3 扭转模态的声弹特性
2.6 本章小结
3 超声导波在压力管道中的传播特性数值模拟
3.1 基于COMSOL多场耦合数值模拟方法
3.1.1 COMSOL多场耦合模拟参数
3.1.2 初始应力场对传播特性影响的建模方法
3.1.3 初始温度场对传播特性影响的建模方法
3.2 超声导波传播时间测量方法
3.2.1 回振法时延计算方法
3.2.2 基于互相关函数的时延计算方法
3.3 纵向模态传播特性数值模拟
3.3.1 初始应力场对纵向模态传播特性的影响
3.3.2 初始温度场对纵向模态传播特性的影响
3.4 扭转模态传播特性数值模拟
3.4.1 初始应力场对扭转模态传播特性的影响
3.4.2 初始温度场对扭转模态传播特性的影响
3.5 本章小结
4 磁致伸缩导波传感器研制与性能模拟
4.1 磁致伸缩检测原理
4.2 磁致伸缩传感器研制
4.2.1 纵向模态磁致伸缩传感器
4.2.2 扭转模态磁致伸缩传感器
4.2.3 中心频率的控制
4.3 磁致伸缩传感器性能数值模拟
4.3.1 建模及参数设置
4.3.2 纵向模态磁致伸缩传感器性能模拟
4.3.3 扭转模态磁致伸缩传感器性能模拟
4.4 本章小结
5 基于超声导波声弹特性的液压管路压力检测试验研究
5.1 液压管路压力检测试验系统
5. 1.1可控式液压管路加压测试系统的搭建
5.1.2 液压管路压力测量系统
5.1.3 磁致伸缩传感器的布置
5.1.4 激励信号周期数的选择
5.2 温度与传输介质对导波传播特性的影响
5.2.1 温度的影响
5.2.2 传输介质的影响
5.3 液压管路压力检测
5.3.1 纵向模态压力检测试验
5.3.2 扭转模态检测试验
5.4 本章小结
6 结论
7 展望
致谢
参考文献
附录
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光超声测量金属材料弹性常数实验与有限元分析[J]. 战宇,林中亚,刘常升. 东北大学学报(自然科学版). 2018(09)
[2]基于临界折射纵波法的CFRP应力检测[J]. 王伟,邓亚,张宇民,周玉锋,陈栋康康. 宇航材料工艺. 2018(04)
[3]管道内压力对纵模导波传播特性的影响[J]. 蔡海潮,徐春广,王东峰,尚振东. 中国机械工程. 2017(23)
[4]缺陷/应力交互对碳钢Lcr波声弹性系数的影响[J]. 刘彬,石常亮,缪文炳,董世运. 材料工程. 2017(07)
[5]残余应力的超声横纵波检测方法[J]. 徐春广,李焕新,王俊峰,潘勤学,肖定国. 声学学报. 2017(02)
[6]声弹性法测量铝合金预拉伸板中的应力[J]. 王晓,史亦韦,梁菁,何方成,陶春虎. 材料工程. 2015(12)
[7]基于声弹性效应的钢轨应力检测方法[J]. 许西宁,叶阳升,余祖俊,江成,高宏伟. 北京交通大学学报. 2015(04)
[8]杆中导波声弹敏感模态与激励频率的确定方法[J]. 刘飞,吴斌,何存富,赵满全,郁志宏. 振动与冲击. 2015(01)
[9]钢轨应力检测中超声导波模态选取方法研究[J]. 许西宁,叶阳升,江成,余祖俊,柯在田. 仪器仪表学报. 2014(11)
[10]螺栓拉应力超声无损检测方法[J]. 徐春广,李骁,潘勤学,宋文涛. 应用声学. 2014(02)
博士论文
[1]基于导波多模态融合的无缝钢轨温度应力估计算法研究[D]. 王嵘.北京交通大学 2018
[2]残余应力超声无损检测与调控技术研究[D]. 宋文涛.北京理工大学 2016
[3]基于临界折射纵波声弹效应的平面应力测量理论和方法[D]. 马子奇.哈尔滨工业大学 2014
[4]波导结构的特征频率法及其超声导波声弹性效应研究[D]. 刘飞.北京工业大学 2013
[5]基于临界折射纵波和表面波的压力容器压力测量方法研究[D]. 凌张伟.浙江大学 2010
[6]非插入式液压系统管路压力与流量测量技术研究[D]. 安骥.大连海事大学 2010
[7]基于表面波的薄壁容器压力测量方法[D]. 贺庆.浙江大学 2007
[8]基于超声波的非侵入式压力测量方法研究[D]. 林韶峰.浙江大学 2005
硕士论文
[1]基于激光超声的金属表面残余应力无损检测研究[D]. 薛茂盛.浙江大学 2018
[2]基于声弹性理论的超声波评价焊接残余应力基础研究[D]. 缪文炳.江苏科技大学 2017
[3]超声表面波应力无损检测技术研究[D]. 邵营.中国矿业大学 2016
[4]高密度饲草压捆机设计[D]. 张博.山西农业大学 2013
[5]液压小管径的超声波流量/压力测量方法的研究[D]. 翟元义.西华大学 2011
[6]非介入式管道超声测压技术研究[D]. 彭丹.上海交通大学 2010
[7]非介入式超声管道压力测量研究[D]. 肖俊.江苏大学 2008
本文编号：3191953
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 声弹性理论研究现状
1.2.2 超声波声弹性应力检测研究现状
1.2.3 超声导波声弹性研究现状
1.2.4 声弹性效应在管道应力检测方面的研究现状
1.3 课题研究内容
1.4 技术路线
2 超声导波在压力管道中的声弹特性研究
2.1 压力作用下管道中的应力分布
2.1.1 薄壁管中的应力分布
2.1.2 厚壁管中的应力分布
2.2 超声导波基本理论
2.2.1 柱面导波波动方程的建立
2.2.2 柱面导波频散曲线及振型分析
2.3 超声导波声弹性理论
2.3.1 声弹性基本理论
2.3.2 基于等效弹性常数复杂初始应力状态下的频散计算方法
2.4 压力作用下管道中超声导波的频散特性
2.4.1 纵向模态的频散特性
2.4.2 弯曲模态的频散特性
2.4.3 扭转模态的频散特性
2.5 超声导波在压力管道中的声弹特性
2.5.1 纵向模态的声弹特性
2.5.2 弯曲模态的声弹特性
2.5.3 扭转模态的声弹特性
2.6 本章小结
3 超声导波在压力管道中的传播特性数值模拟
3.1 基于COMSOL多场耦合数值模拟方法
3.1.1 COMSOL多场耦合模拟参数
3.1.2 初始应力场对传播特性影响的建模方法
3.1.3 初始温度场对传播特性影响的建模方法
3.2 超声导波传播时间测量方法
3.2.1 回振法时延计算方法
3.2.2 基于互相关函数的时延计算方法
3.3 纵向模态传播特性数值模拟
3.3.1 初始应力场对纵向模态传播特性的影响
3.3.2 初始温度场对纵向模态传播特性的影响
3.4 扭转模态传播特性数值模拟
3.4.1 初始应力场对扭转模态传播特性的影响
3.4.2 初始温度场对扭转模态传播特性的影响
3.5 本章小结
4 磁致伸缩导波传感器研制与性能模拟
4.1 磁致伸缩检测原理
4.2 磁致伸缩传感器研制
4.2.1 纵向模态磁致伸缩传感器
4.2.2 扭转模态磁致伸缩传感器
4.2.3 中心频率的控制
4.3 磁致伸缩传感器性能数值模拟
4.3.1 建模及参数设置
4.3.2 纵向模态磁致伸缩传感器性能模拟
4.3.3 扭转模态磁致伸缩传感器性能模拟
4.4 本章小结
5 基于超声导波声弹特性的液压管路压力检测试验研究
5.1 液压管路压力检测试验系统
5. 1.1可控式液压管路加压测试系统的搭建
5.1.2 液压管路压力测量系统
5.1.3 磁致伸缩传感器的布置
5.1.4 激励信号周期数的选择
5.2 温度与传输介质对导波传播特性的影响
5.2.1 温度的影响
5.2.2 传输介质的影响
5.3 液压管路压力检测
5.3.1 纵向模态压力检测试验
5.3.2 扭转模态检测试验
5.4 本章小结
6 结论
7 展望
致谢
参考文献
附录
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光超声测量金属材料弹性常数实验与有限元分析[J]. 战宇,林中亚,刘常升. 东北大学学报(自然科学版). 2018(09)
[2]基于临界折射纵波法的CFRP应力检测[J]. 王伟,邓亚,张宇民,周玉锋,陈栋康康. 宇航材料工艺. 2018(04)
[3]管道内压力对纵模导波传播特性的影响[J]. 蔡海潮,徐春广,王东峰,尚振东. 中国机械工程. 2017(23)
[4]缺陷/应力交互对碳钢Lcr波声弹性系数的影响[J]. 刘彬,石常亮,缪文炳,董世运. 材料工程. 2017(07)
[5]残余应力的超声横纵波检测方法[J]. 徐春广,李焕新,王俊峰,潘勤学,肖定国. 声学学报. 2017(02)
[6]声弹性法测量铝合金预拉伸板中的应力[J]. 王晓,史亦韦,梁菁,何方成,陶春虎. 材料工程. 2015(12)
[7]基于声弹性效应的钢轨应力检测方法[J]. 许西宁,叶阳升,余祖俊,江成,高宏伟. 北京交通大学学报. 2015(04)
[8]杆中导波声弹敏感模态与激励频率的确定方法[J]. 刘飞,吴斌,何存富,赵满全,郁志宏. 振动与冲击. 2015(01)
[9]钢轨应力检测中超声导波模态选取方法研究[J]. 许西宁,叶阳升,江成,余祖俊,柯在田. 仪器仪表学报. 2014(11)
[10]螺栓拉应力超声无损检测方法[J]. 徐春广,李骁,潘勤学,宋文涛. 应用声学. 2014(02)
博士论文
[1]基于导波多模态融合的无缝钢轨温度应力估计算法研究[D]. 王嵘.北京交通大学 2018
[2]残余应力超声无损检测与调控技术研究[D]. 宋文涛.北京理工大学 2016
[3]基于临界折射纵波声弹效应的平面应力测量理论和方法[D]. 马子奇.哈尔滨工业大学 2014
[4]波导结构的特征频率法及其超声导波声弹性效应研究[D]. 刘飞.北京工业大学 2013
[5]基于临界折射纵波和表面波的压力容器压力测量方法研究[D]. 凌张伟.浙江大学 2010
[6]非插入式液压系统管路压力与流量测量技术研究[D]. 安骥.大连海事大学 2010
[7]基于表面波的薄壁容器压力测量方法[D]. 贺庆.浙江大学 2007
[8]基于超声波的非侵入式压力测量方法研究[D]. 林韶峰.浙江大学 2005
硕士论文
[1]基于激光超声的金属表面残余应力无损检测研究[D]. 薛茂盛.浙江大学 2018
[2]基于声弹性理论的超声波评价焊接残余应力基础研究[D]. 缪文炳.江苏科技大学 2017
[3]超声表面波应力无损检测技术研究[D]. 邵营.中国矿业大学 2016
[4]高密度饲草压捆机设计[D]. 张博.山西农业大学 2013
[5]液压小管径的超声波流量/压力测量方法的研究[D]. 翟元义.西华大学 2011
[6]非介入式管道超声测压技术研究[D]. 彭丹.上海交通大学 2010
[7]非介入式超声管道压力测量研究[D]. 肖俊.江苏大学 2008
本文编号：3191953
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