含裂纹管道损伤检测的数值研究

论文摘要

近年来,管道的损伤检测受到越来越多的关注。本文以管道为研究对象,利用超声导波技术对管道裂纹检测的问题进行了大量的数值模拟。主要工作如下:(1)对当前本课题研究领域的研究进展作了综述,简要介绍了应力波技术的基础知识。对导波理论以及导波的频散方程进行了理论研究,并对频散方程进行了数值计算。最后,利用MATLAB软件对板中lame波的频散方程进行了编程,并探讨了板中导波的激励。(2)对空心圆管中导波的模态进行了分析,并探讨了如何选取适合管道裂纹检测的导波模态。对两端自由、两端固定和一端自由一端固定三种不同边界条件下的管道导波模态进行了分析对比,对边界条件对模态的影响进行了研究。结果表明:随着约束增加,F模态的频率也随之增加;圆管两端约束不同对于L模态和T模态的频率影响较大。(3)基于脉冲回波原理,并依据管道裂纹检测公式,利用有限元软件ANSYS对管道一端周向32个节点施加轴向瞬时位移载荷模拟入射导波,同端接收反射导波,对含单裂纹、双裂纹管道检测问题进行数值模拟。模拟结果表明:可较为精确地定位单裂纹、双裂纹位置,对壁厚减薄程度也可近似确定。(4)本文重点对含不同倾斜角的斜裂纹管道模型做了大量的研究工作,对裂纹倾斜角为0°、15°、30°、45°做了对比分析,并进行了裂纹回波余波分析、频谱分析、能量分析等,模拟结果表明:随着裂纹倾角的增大,裂纹回波的幅值越来越小;裂纹倾斜角度对信号频率的影响非常小,信号的频率成分变化不明显;裂纹回波余波信号的能量呈递减趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状和历史
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 应力波基本理论
• 2.1 应力波概念
• 2.2 群速度与相速度
• 2.3 导波的频散现象及多模态特性
• 2.4 板中的导波
• 2.5 本章小结
• 第三章 圆管中应力波的模态分析
• 3.1 频散方程
• 3.2 空心圆管中导波的模态分析
• 3.3 数值算例
• 3.4 本章小结
• 第四章 含直裂纹缺陷的管道参数识别
• 4.1 管道应力波检测原理
• 4.2 模型的建立
• 4.3 激励信号的选取
• 4.4 导波在管道中的传播的可视化研究
• 4.5 数值模拟结果与分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 含斜裂纹缺陷的管道参数识别
• 5.1 模型的建立
• 5.2 导波在管道中传播的可视化研究
• 5.3 数值模拟结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢