基于应力波反演的管道损伤识别技术研究

论文摘要

管道是五大运输工具之一,在石油化工及天然气等行业中有着不可替代的作用。管道在服役过程中,由于老化、腐蚀、人为损坏等多种原因,管道泄漏时有发生,不仅造成了巨大的经济损失,也污染了环境。管道损伤识别及定位技术对管道安全运行具有重要意义。随着导波技术的不断成熟与应用,将应力波导波技术应用于管道损伤识别逐渐成为研究的热点。应用应力波导波技术检测管道损伤位置,其基本原理是在管道一端激励产生应力波,同端接收反射波,通过检测反射波的回波时间差,反演计算出管道损伤的位置。应力波导波技术应用于管道损伤识别尚不成熟,实验落后于理论研究,因此对基于应力波导波技术的管道损伤定位实验研究显得尤为重要。本文属于应用基础研究,首先简要回顾了管道损伤识别方法以及导波基础知识,并介绍了应力波反射的相关理论,以及应力波在管道中的应用。然后对基于应力波反演的管道损伤识别技术进行了数值模拟和实验研究,得到了初步的结论,本文主要工作有:1.建立并修正了应力波在管道中传播的一维模型,并根据反射回波理论推导出管道损伤定位公式。对完整管道、单缺陷管道应用该模型进行了时域和频域仿真计算。2.实验用加速度传感器接收非轴对称加载的应力波振动信号,用带通滤波的数据处理方法分析应力波导波特征。3.对完整管道、单缺陷管道中非轴对称激励的应力波传播特性分别进行了实验研究,反演计算出损伤点位置。结果表明,非轴对称加载方式下产生的应力波可以对缺陷定位。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 管道损伤定位技术的研究现状及进展
• 1.3 导波技术的研究历史和现状
• 1.3.1 国外研究历史和现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 主要工作
• 第2章 应力波导波基本知识
• 2.1 导波基础
• 2.1.1 导波的定义
• 2.1.2 导波的频散
• 2.1.3 群速度和相速度
• 2.1.4 导波的多模态性
• 2.2 应力波基础
• 2.2.1 应力波技术
• 2.2.2 应力波传播规律
• 2.2.3 应力波在管道检测中的应用
• 2.3 本章小结
• 第3章 应力波反射法管道损伤定位数值模拟
• 3.1 基于应力波反射的管道损伤检测理论
• 3.2 管道应力波反射模型
• 3.2.1 模型的建立
• 3.2.2 频谱损伤定位理论
• 3.3 模型时域仿真
• 3.3.1 完整管道仿真结果
• 3.3.2 单缺陷模型仿真结果
• 3.4 频谱分析
• 3.4.1 完整管道
• 3.4.2 缺陷管道
• 3.5 时域分析与频域分析对比
• 3.6 本章小结
• 第4章 管道检测的实验研究
• 4.1 实验方法与装置
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 实验设备
• 4.1.3 主要仪器及其技术参数
• 4.1.4 激励装置
• 4.1.5 实验原理
• 4.1.6 导波的模态
• 4.2 完整管道中的导波
• 4.2.1 应力波导波模态的判定以及速度的求取
• 4.2.2 传感器安装角度对检测结果的影响
• 4.3 单缺陷管道
• 4.3.1 单缺陷管道实验数据分析
• 4.3.2 小结
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢