吕文超[1]2014年在《基于超声导波的管道缺陷检测的研究》文中研究指明超声导波检测技术作为一种新兴的无损检测技术,以其快速准确、检测范围广、实施方便、检测成本低等优点受到越来越广泛的关注。它不仅改变了传统无损检测方法逐点检测的方式,而且有效的解决了有包覆层管道与埋地管道的检测难题。通过分析超声导波在管道中传播时的频散特性,本文选择了L(0,2)模态超声导波作为激励模态,用于管道的缺陷检测。本文首先利用ANSYS软件分别对直管道和弯管道中的裂纹缺陷和圆孔缺陷进行了模拟计算。结果表明,运用L(0,2)模态超声导波可以清晰、准确的检测出直管道中的缺陷位置,并通过反射系数对其损伤程度作出大致判断；对于有弯头存在的管道,可以清晰的判断出未跨越弯头部分的缺陷位置及其损伤程度,而对跨越弯头的缺陷进行检测时存在一定的困难。针对检测过程中反射信号弱、检测精度低的问题,使用了时间反转法对管道中的信号进行二次加载和计算。结果显示,时间反转法通过时间-空间的能量聚焦原理,可以有效的提高超声导波检测的灵敏度和准确度。同时,采用实验设备,结合仿真模拟中的方案对管道中的缺陷进行了检测。实验结果显示,用仿真模拟的方法与实验方法所得结果呈现相同的线性关系,而且二者呈现一定的数值比例关系。通过实验结果与模拟结果的比对来进一步修正和完善模拟方案,为超声导波的实际检测应用奠定基础。
程载斌[2]2004年在《利用超声导波进行管道裂纹检测的数值模拟和实验研究》文中研究表明管道的破裂是石油、化工等行业中经常面临的一个重要问题。裂纹既可能发生在管道外壁又可能发生在管道内壁，通常致使管道壁厚减薄。传统无损超声检测技术是单点检测，因而，在检测长距离管道时，该方法遇到很大困难。利用纵向超声导波检测管道裂纹的技术可以解决这一难题，检测范围可达数十米，并且它是线检测，因而比单点检测省时、高效。其基本原理是，在管道一端激励出导波沿管道传播，通过监测回波的变化来确定管道缺陷的位置及尺寸等。但是，由于导波的多模态及频散特性，往往又使结果分析异常复杂，所以，选择和激励单一模态导波检测管道可大大简化问题分析的复杂性。 本文针对利用超声导波技术进行管道裂纹检测的问题进行了数值模拟和实验研究。首先对当前本课题研究领域的进展作了综述，简要介绍了超声导波技术的基础知识。其次，在前人理论工作的基础上，详细推导了空心圆管中的导波理论，得出了空心圆管中柱面导波和周向导波的频散方程，对频散曲线进行了数值计算；分析了空心圆管中导波的模态，并探讨了如何选取适合管道裂纹检测的导波模态进行检测；基于脉冲回波原理，并考虑频散及横向效应等因素的影响，提出了减小频散影响的修正系数，并据此给出了简单、直观的管道裂纹检测公式；用有限元程序ANSYS对空心圆管中的导波模态及管道超声纵太原理工大学硕士研究生学位论文向导波裂纹检测进行了数值模拟，对激励信号进行了分析计算，找出经HAN小汀NG窗调制的10~巧个单音频迭加激励信号，通过对管道一端周向各节点施加轴向瞬时位移载荷模拟入射导波，同端接收反射波，利用提出的管道裂纹检测公式，对不同裂纹尺寸的单裂纹管道模型进行了大量的数值模拟，模拟结果表明:可较为精确地定位单裂纹位置，对裂纹的周向长度、壁厚减薄程度及裂纹反射面积均可近似确定，但纵向导波对裂纹轴向宽度并不敏感，管道末端的边界条件对裂纹识别结果的影响很小，模拟结果与理论及前人实验结果吻合较好;通过数值模拟，首次成功地对双裂纹位置进行了准确定位，并对结果进行了讨论。最后进行了空心圆管单裂纹定位实验，取得了初步成果。
肖慧丽[3]2008年在《含裂纹管道损伤检测的数值研究》文中认为近年来,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叁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。
孔双庆[4]2011年在《管道超声导波检测的数值模拟和实验研究》文中研究表明管道是石油运输的生命线,同时在日常生活和化工产品运输等方面具有广泛应用,但是在服役过程中由于腐蚀或老化等因素造成的缺陷会导致管道发生泄漏,不仅造成巨大的经济损失,也对生态环境造成威胁。因此,对管道进行缺陷检测是保证管道安全工作的重要保障。传统的管道检测方法采用逐点检测,检测时费时费力,而超声导波检测技术由于具有检测效率高、速度快、可检测管壁的整个厚度等优点在近些年得到广泛应用。管道超声导波检测的基本原理是,在管道一端激励出的导波信号沿管道传播并通过接收端接收回波信号,分析接收到的信号可以确定管道缺陷的位置和大小等信息。本文主要研究了超声导波技术对长距离管道进行缺陷检测的数值模拟和实验设计,主要目的如下：一是研究超声导波在管道中的传播规律,确定适合的模态超声导波；二是分析影响超声导波检测精度和效率的相关重要因素,建立超声导波检测的参数化数值模拟技术；叁是搭建管道超声导波检测原理性实验平台,结合数值模拟结果,为管道超声导波样机研发提供技术支持和指导。围绕上述目的,本文工作如下：首先,文章分析了管道超声导波检测的研究背景和重要意义,综述了超声导波检测领域的国内外研究现状。其次,介绍了超声导波的基本概念和理论知识,总结了空心圆管中的超声导波的理论,分析了圆管中纵波、扭转波、弯曲波叁种模态导波,探讨了如何选择适合管道检测的导波模态。然后着重介绍了利用有限元软件ANSYS对管道超声导波检测进行数值模拟：系统阐述了建立管道有限元模型的基本原则和具体的建模过程和方法；详细探讨了利用不同模态、不同频率、不同周期的导波对不同壁厚、不同直径、不同缺陷大小的管道检测的模拟过程及模拟结果。在总结上述结果的基础上,参数化分析了管道的壁厚、缺陷的大小及导波的模态、频率、周期等因素对超声导波管道检测的影响,为超声导波检测管道缺陷的实验研究和实际应用提供了指导。根据数值模拟结果分析得出的结论为实验研究中导波模态、频率、周期的选取及根据回波信号研究缺陷信息等问题解决提供参考和指导。最后,为了验证数值模拟的准确性,搭建出一套实验系统,验证了部分数值模拟的结果。对比数值模拟和实验检测的结果,两组数据得到了非常好的吻合,验证了参数化数值模拟方法的有效性。另外,根据超声导波管道检测的基本原理研发了一套可用于实验室检测的样机系统,利用该样机对管道进行检测,得到的结果跟数值模拟结果吻合程度比较理想。
汤杰[5]2011年在《基于混沌振子系统的管道超声导波检测技术研究》文中研究说明管道运输是重要的现代化运输方式之一,它具有其他运输方式所不具备的优点,是液态、气态和粉末状或细小颗粒状物质的首选运输方式。越来越广泛地服务于经济建设和现代城市居民生活,具有广阔的发展前景。但随着油气管道的大量铺设和管道服役时间的增长,管道损伤失效事故屡有发生,给人民生命财产带来重大损失。因此对管道的损伤检测显得尤为重要。超声导波是近年发展起来的一种能够进行快速、长距离、大范围、相对低成本的无损检测方法,受到无损检测领域的广泛关注。本文在前人对导波在管道中传播的理论基础上,引入了基于混沌振子系统的超声导波管道的损伤检测。首先通过混沌理论,杜芬方程的推导以及其物理意义说明混沌振子杜芬方程能用于管道损伤检测；然后通过不同幅值的纯噪声以及超声导波信号的算例验证了混沌振子对噪声具有良好的免疫能力和能够检测出导波信号。再次,通过数值模拟和实验研究证明无损管含噪声信号和有损管道但缺陷信号被噪声淹没的混沌振子的影响。数值模拟表明,根据混沌振子系统相轨迹图,频谱图以及最大Lyapunov指数的变化能很准确的判断完好管道和缺陷管道,并且验证了在一定强度噪声下不会改变混沌相轨迹图的状态,仅仅会使相轨迹图变得粗糙。实验检测结果说明：混沌振子系统对于超声导波的检测是有效的,即使噪声十分强烈,缺陷导波信号完全淹没在噪声当中,但根据混沌变化的相轨迹图,频谱图以及最大Lyapunov指数就能很好的判断出管道是否存在裂纹。
王立[6]2018年在《架空压力弯管的超声导波检测技术研究》文中研究表明管道运输是四大运输方式之一,在国民经济产业中发挥重要作用。管道弯头是管道系统中的重要部件,数量众多的管道弯头衔接不同管道通向不同方向。管道弯头常年处于流体的主要冲刷部位,在役期间易受复杂环境变化的影响,轻则出现腐蚀裂纹等缺陷,重则发生泄漏,从而危及整个管道系统的结构安全。无损检测是管道安全运行和维护的关键技术,对比各种无损检测方法发现,超声导波作为一种长距离、高效的检测手段,对于检测弯管上的缺陷具有突出优势。本文为发展弯曲管道导波检测技术开展了以下工作:首先,本文基于固体中的弹性波理论,给出了空心圆柱体中超声导波不同模态频散曲线的推导过程。以DN50型石油管道作为研究对象,研究了管道厚度、半径的变化对频散曲线的影响以及各模态波结构特点,分析了激励频率对不同模态导波的影响,选择纵向L(0,2)模态和扭转T(0,1)模态作为检测模式波。通过对比弯管和直管中L(0,2)模态和T(0,1)模态导波传播特性,可以发现L(0,2)模态和T(0,1)模态导波在弯管中的传输透射率都会发生变化,与导波在直管中传播不同,导波在经过弯管区域时会出现模态转换现象。其次,针对研究对象建立了弯曲管道的叁维有限元模型,以L(0,2)模态和T(0,1)模态作为检测模态波,分析了两种模态下频率及弯头半径与导波传输透射率之间的关系、激励脉冲周期对反射回波幅值和波包宽度的影响、不同弯曲角度下的导波模态转换情况和透射率变化、90°弯管中导波模态转换规律。数值分析结果表明在90°弯曲管道中,导波不同弯头半径的弯管有着不一样的透射系数,激励频率影响导波的透射系数。最佳的激励周期数应选为3-10周期;L(0,2)模态在经过弯头时会产生新的模态F(1,1),通过弯头后传播一段距离又重新耦合成L(0,2)。T(0,1)模态在经过弯头后传播一段距离(约600mm)又转换出新的模态F(1,2)。弯管的弯曲角度影响导波的模态转换关系和透射率。L(0,2)模态波在弯曲角度10°~80°转换成F(1,2)、弯曲角度90°~170°转换成F(1,1),而T(0,1)模态在弯曲角度10°~170°只转换成F(1,2)模态。检测模态导波与缺陷的相互作用机理是导波定量检测的基础,通过在有限元模型中引入系列缺陷参数研究了两种检测模态波下裂纹缺陷和圆孔缺陷对导波幅值及反射率的影响。结果表明,对于两种检测模态波,检测不同宽度的裂纹缺陷检测效果是相似的。裂纹缺陷深度和圆孔缺陷直径的加大都会使两种模态反射回波幅值逐渐增大,并呈线性关系。T(0,1)模态导波在与弯头上缺陷相互作用时会产生新的模态F(1,2)。最后,基于MsSR3030R仪器开展检测实验研究,设计并优化了L(0,2)模态导波检测传感器,采用该传感器对弯头上缺陷进行了检测,验证了该传感器优化设计的可行性。采用L(0,2)模态及T(0,1)模态导波传感器对无缺陷管道、带裂纹及平底孔缺陷的弯头进行了实验对比分析,实验结果与仿真结论相一致。为发展在役弯管导波检测技术,进一步开展了对充水弯管及带有焊缝的弯管的检测实验,结果表明充水管道影响L(0,2)模态检测效果,而T(0,1)模态检测不受此影响。弯头上的焊缝会影响L(0,2)模态导波检测效果,导致缺陷识别率降低。
吕瑞宏[7]2016年在《基于能量密度超声波管道防腐层剥离缺陷内检测方法研究》文中指出管道防腐层运行状态的检测是确保管道安全运行非常重要的内容。目前,对于管道防腐层检测方法主要采用外检测技术,这类方法无法满足油气管道完整性管理理念、对防腐层缺陷的定量化描述较为困难。若采用管道内检测技术对管道外防腐层运行状态进行分析研究,应用管道内检测器采集管道运行状况的数据,则可以满足管道检测的综合数据分析并实现管道防腐层定量化检测。为了解决上述问题,本文主要研究了基于非线性超声导波的管道防腐层剥离缺陷的内检测方法。将管道防腐层介质理想化为弹性-粘弹性双层结构,从理论建模、仿真分析和实验验证方面对超声导波的频散特性和能量传播特性进行分析,提出基于能量密度的防腐层检测方法并对其回波信号进行了定量化研究。主要的研究工作及贡献如下：(1)针对超声导波在管道防腐层双层结构中的传播机理十分复杂,仅分析导波多模态频散特性很难获取检测防腐层缺陷的有效信息的问题,本文从单层板状结构的弹性性能入手,研究了弹性-粘弹性双层结构介质的能量传播特性,从能量密度角度分析了不同双层结构中介质对超声导波传播过程中能量传播的影响因素,建立了试验平台对弹性-粘弹性双层结构介质的能量传播特性进行了实验研究。研究表明：超声导波各模态在双层结构介质产生剥离等缺陷时,其群速度、相速度及能量密度均发生较为明显的变化；防腐层剥离缺陷尺寸越大,能量衰减变小,节点振动速度变慢,则回波信号幅值越大。(2)针对超声导波传播机理复杂和多模态特性导致其回波信号难识别的问题,本文以兰姆波为研究对象,利用热力学第一定律建立钢板微体元中能量密度分布模型,对微体元力密度与振动位移的关系及能量密度分布特征进行理论分析和数值计算,提出已知激励频率下钢板中电磁超声兰姆波多模态的能量密度分布特征研究方法,并采用收发分离式电磁超声兰姆波换能器对理论分析和仿真计算过程进行初步的实验研究。研究表明：微体元振动位移与洛仑兹力、磁致伸缩力的函数关系反映电磁超声兰姆波中能量传递趋势。能量在动能和势能间不断转换；通过对不同模态兰姆波的能量密度分布特征分析,获得各模态的能量强度及能量传播速度,为基于能量密度的超声导波检测提供一定的理论依据。在不同激励频率下,通过实验研究验证了电磁超声兰姆波的能量密度分布特征,依据波群信号能量密度分布特征,可简化回波信号的识别。(3)针对管道防腐层存在的孔洞、剥离等缺陷问题,提出SH导波能量密度检测方法。利用粘弹性动力学理论建立能量平衡单元体V的双层结构波动模型,对单元体V的频散特性、能量密度和导波衰减进行理论分析和数值计算；设计SH-EMAT换能器对轴向防腐层剥离缺陷进行了仿真和实验研究。研究表明：在一定频率范围内,防腐层剥离厚度越大,SH导波模态对应相速度、群速度越大,且差异显着。频率趋于无穷时,SH导波相速度与防腐层严重剥离缺陷对应的线性度较好。防腐层剥离程度可引起单元体V中SH0模态的频散曲线变化,通过检测SH0模态群速度可实现钢管防腐层剥离缺陷的内检测。防腐层剥离缺陷轴向长度和位置信息可通过SH导波衰减表示,单元体V中能量密度因子QE的特征参数可为管道防腐层剥离、孔洞缺陷的内检测提供一定量化研究的理论依据。(4)针对防腐层缺陷检测信号进行时频分析获得产生剥离缺陷交界处的非线性特征参数,对管道防腐层剥离缺陷进行量化研究,以此作为防腐层剥离缺陷检测的等级量化标准,为防腐层缺陷程度的评价提供一定的量化研究依据。综上所述,本文针对管道防腐层的超声导波内检测技术进行研究,以弹性-粘弹性双层结构介质为研究对象,建立能量密度传播模型进行分析,对其获取导波传播特性和缺陷信息,并采用时频分析手段对缺陷轴向尺寸进行等级量化研究,最终实现对管道防腐层缺陷信息的内检测目标。
童今鸣[8]2017年在《基于超声导波的管道非通透缺陷模拟研究》文中研究指明管道经过长期服役后,由于磨损、腐蚀和意外损伤等原因,对管道正常运行产生危害。在实际工况中,小的腐蚀缺陷容易发展成腐蚀穿孔、浅层的小裂纹容易发展成穿透型裂纹,因此探究如何有效的检测出管道非通透缺陷是很有必要的。本文采用ANSYS有限元分析软件,对空管和充水管道中的非通透缺陷进行模拟检测。采用有限元方法,首先分别用L(0,2)模态和T(0,1)模态针对空管道中的周向和轴向裂纹进行检测模拟,得到反射系数与缺陷特征尺寸间的关系,利用纵向L(0,2)模态对位于管道内侧或外侧的圆孔形减薄缺陷进行检测模拟,并将得到的检测信号进行对比,发现位于管道内外两侧的圆孔形减薄缺陷的反射系数几乎相同,然后针对相同横截面积下不同径向深度缺陷的检测灵敏度差异,发现导波对窄深形缺陷更敏感;而后利用时间反转法针对空管中小尺寸缺陷的信号放大和缺陷周向定位问题进行了研究,结果说明利用时间反转法可以有效放大缺陷回波的信号,使缺陷回波容易被识别,还可以对斜裂纹缺陷进行有效的周向定位与缺陷形状判别;采用L(0,2)模态针对充水管道的单周向裂纹缺陷和多周向裂纹缺陷进行了模拟检测,得到反射系数与缺陷周向长度间的关系,并将反射系数与空管时得到的反射系数进行对比,发现当被检缺陷相同时充水管的缺陷反射系数始终小于空管缺陷反射系数;利用时间反转法,对充水管道中各种类型的单缺陷和多缺陷进行了信号放大和缺陷定位研究,模拟结果表明,对信号进行时反处理后并重新激励,可以对充水管道中多类型的单缺陷和多缺陷进行有效的周向定位以及缺陷形状判别,同时发现利用时间反转法对轴向位置不同的两个小尺寸圆孔形内减薄缺陷进行信号放大,可以有效的得到缺陷的个数及各个缺陷的轴向位置。
马森虹[9]2015年在《基于时间反转导波的管道缺陷检测研究》文中进行了进一步梳理管道普遍存在于海洋工程、电力、化工、城市建设等行业中。在长期运营过程中,不可避免的会出现各种各样的缺陷,造成安全隐患,需要对管道定期进行检测。超声导波技术具有检测距离长、效率高、成本低的特点,可用于工业管道损伤检测。本文基于空心圆管柱面导波基本理论,采用理论分析、数值模拟以及实验验证的方法,运用时间反转导波方法对管道缺陷检测检测进行研究,主要内容如下:运用有限元软件ABAQUS对管道周向裂纹缺陷和圆孔型通透型缺陷进行时间反转导波检测。结果表明,与直接导波检测相比,时间反转导波可以检测更小的缺陷;在时间转导波检测中,截取缺陷回波信号的窗宽是影响时间反转导波检测能力的重要因素。研究了缺陷反射率随周向裂纹缺陷的深度、周向长度和圆孔型缺陷的半径的变化规律。搭建了基于Labview虚拟仪器的管道超声导波缺陷检测系统,实验验证了时间反转导波可显着提高缺陷检测能力,可以检测更小的缺陷。对不同尺寸的槽型缺陷和圆孔缺陷进行了实验研究,得到了缺陷反射率随周向裂纹缺陷的深度、周向长度和圆孔型缺陷的半径的变化规律。运用基于激励波形的匹配追踪算法对单缺陷和双缺陷的缺陷回波进行了分解重构。结果表明,根据分解原子的系数正负号的异同可识别出单缺陷与双缺陷,原子的时间间隔准确反映了单缺陷的轴向宽度和双缺陷的轴向间距。
崔爱强[10]2013年在《基于L（0，2）导波的管道缺陷检测的模拟研究》文中研究说明近年来,基于导波的管道缺陷检测技术以其快速、简单易行、大范围等优势得以快速的发展。为了指导管道导波的实际检测,因此获得管道不同部位,不同类型缺陷的导波反射特征很有必要。本文采用了ANSYS有限元分析软件,对直管和90。弯管中不同部位的缺陷(裂纹、孔洞)进行导波L(0,2)的模拟检测。根据导波在管道中的频散特性,本文选择管中导波模态L(0,2)作为管道缺陷检测模态。首先,本文通过模拟计算直管道外裂纹缺陷的检测与实验数据的对比,验证了所建模型的正确性,随后对直管部分孔洞缺陷和内表面的裂纹缺陷的导波检测进行模拟计算；本文根据L(0,2)导波在90。弯管弯曲处的位移场特征,将弯曲处分为叁个典型的区域,分别对叁个区域内裂纹缺陷进行了导波模拟检测研究。通过分析接收波形和导波反射系数,本文进行了缺陷的轴向和周向定位,获得了管道不同位置缺陷的L(0,2)反射系数和缺陷程度的关系曲线。然后,本文还进一步研究了L(0,2)越过90。弯曲处检测管道裂纹缺陷的能力,分析结果认为L(0,2)并不适合越过90。弯管来检测管道缺陷。最后本文针对管道缺陷周向定位问题,使用了基于忙盲反卷积算法的管道缺陷周向定位的方法,获得了管道周向的反射系数图。通过数值模拟,本文得到了直管和90。弯管各部分缺陷的L(0,2)的反射特性,为L(0,2)对管道检测的实际工程应用提供了重要的缺陷导波反射特征。
参考文献：
[1]. 基于超声导波的管道缺陷检测的研究[D]. 吕文超. 华东理工大学. 2014
[2]. 利用超声导波进行管道裂纹检测的数值模拟和实验研究[D]. 程载斌. 太原理工大学. 2004
[3]. 含裂纹管道损伤检测的数值研究[D]. 肖慧丽. 暨南大学. 2008
[4]. 管道超声导波检测的数值模拟和实验研究[D]. 孔双庆. 大连理工大学. 2011
[5]. 基于混沌振子系统的管道超声导波检测技术研究[D]. 汤杰. 暨南大学. 2011
[6]. 架空压力弯管的超声导波检测技术研究[D]. 王立. 南昌航空大学. 2018
[7]. 基于能量密度超声波管道防腐层剥离缺陷内检测方法研究[D]. 吕瑞宏. 沈阳工业大学. 2016
[8]. 基于超声导波的管道非通透缺陷模拟研究[D]. 童今鸣. 华东理工大学. 2017
[9]. 基于时间反转导波的管道缺陷检测研究[D]. 马森虹. 哈尔滨工业大学. 2015
[10]. 基于L（0，2）导波的管道缺陷检测的模拟研究[D]. 崔爱强. 华东理工大学. 2013
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