超聲導(dǎo)波檢測數(shù)值模擬

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1、.WORD.格式.畢業(yè)論文管道超聲導(dǎo)波檢測數(shù)值模擬學(xué)生姓名：學(xué)號：學(xué)院：專業(yè)：指導(dǎo)教師：****年*月.專業(yè)資料.整理分享..WORD.格式..專業(yè)資料.整理分享..WORD.格式.1緒論1．1課題背景及研究意義現(xiàn)代管道運輸起始于19世紀(jì)中葉。隨著油氣資源的開發(fā)以及能源市場的急增，管道運輸在世界范圍內(nèi)得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的命脈，管道運輸業(yè)作為與鐵路、公路、航空、水運并駕齊驅(qū)的五大運輸業(yè)之一，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。隨著管線事故的增多、管齡的增長，由于施工缺陷和腐蝕等問題和人為破壞的存在，管道事故頻頻發(fā)生，給人們的生命、財產(chǎn)和生存環(huán)境造成了

2、巨大的威脅。因此，工業(yè)發(fā)達(dá)國家均高度重視管道檢測技術(shù)的研究和開發(fā)，對在役長距離油氣輸送管道實行強制性的檢測，特別是對新建和老齡管道更是十分關(guān)注。目前我國多數(shù)油氣管道已經(jīng)進(jìn)入中老年期。為防止管道腐蝕穿孔、爆管等造成的惡性事故的發(fā)生，我國每年用于油氣管道維修的費用逐步增加。由于檢測手段的制約，管道的損傷狀況多數(shù)不明，往往造成盲目開挖、盲目報廢，維修缺少科學(xué)性，從而造成人力、物力的巨大浪費。所以，發(fā)展一種經(jīng)濟(jì)實用、快速高效的管道檢測技術(shù)成為亟待解決的問題[2]。常規(guī)的無損檢測方法主要有：(1)射線檢測法，如x射線、r射線、b射線等；(2)聲學(xué)檢測法，如超聲檢測、聲發(fā)射檢測、聲顯微檢測

3、等；(3)電學(xué)檢測法，如渦流檢測等；(4)磁學(xué)檢測法，如磁粉檢測、漏磁檢測等。但是常規(guī)的無損檢測技術(shù)檢測管道，必須要求沿管道逐點檢測，檢測速度很慢，而檢測的成本卻比較高，勞動強度大。絕大部分管道運輸?shù)氖怯懈g性的物質(zhì)，工作條件非常惡劣，而且大部分工業(yè)管道都帶有外包層使之與外界隔絕，常規(guī)無損檢測必須剝開外包層，大大增加了檢測成本[3]。近年來發(fā)展出了一種能夠進(jìn)行快速、長距離、大范圍、相對低成本的無損檢測方法，即超聲導(dǎo)波檢測法。在固體中傳播的超聲導(dǎo)波，由于本身的特性，沿傳播路徑衰減很小，所以可以克服逐點掃描法的缺點進(jìn)行長距離、大范圍的缺陷檢測；并且超聲導(dǎo)波也可在充液、帶包覆層的管道

4、中傳播，使得檢測工業(yè)管道的費用大大降低[4]。隨著超聲導(dǎo)波技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲導(dǎo)波的管道缺陷檢測的研究已經(jīng)逐步從判斷缺陷有無和缺陷定位技術(shù)，深入到缺陷損傷程度的研究。研究缺陷的損傷程度，主要包括對缺陷幾何尺寸和缺陷類型(裂紋、腐蝕、局部變形).專業(yè)資料.整理分享..WORD.格式.的識別等等。為了能夠通過超聲導(dǎo)波技術(shù)實現(xiàn)對缺陷損傷程度的判斷，就必須在導(dǎo)波檢測所獲得的回波信號x和缺陷的幾何特征y之間建立一種對應(yīng)關(guān)系f，即建立y=f(x)的關(guān)系，也就是獲得缺陷幾何特征(尺寸、形狀等)對缺陷回波信號的影響規(guī)律。但是，這需要獲得大量的針對不同缺陷的檢測信號。在目前的研究基礎(chǔ)上，檢測信號

5、的獲得主要來自于兩個方面，一是通過實驗獲得，二是在實驗驗證基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模擬的方法獲得。相對而言，數(shù)值模擬研究的方法具有周期短、成本低、可重復(fù)性好，因此，本文就將通過數(shù)值模擬的方法，對管道缺陷檢測進(jìn)行研究。通過建立一系列管道缺陷檢測的有限元模型以及進(jìn)行大量的管道缺陷檢測的數(shù)值模擬和一定數(shù)量的對比實驗，來獲得所需要的數(shù)據(jù)，研究超聲導(dǎo)波檢測信號與缺陷幾何尺寸之間關(guān)系。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀Ｊ.Ghosh[5]在1923年首先推導(dǎo)出波在空心圓柱殼中傳播的線彈性解，得到縱向軸對稱模態(tài)的數(shù)值解，但是他沒有對解的正確性進(jìn)行討論和分析。Ｄ.Ｃ.Ｇazis[6]對圓柱空腔中波在三維方向上的傳播

6、作了深入研究，推導(dǎo)出了理論模型的兩種模態(tài)（縱向拉伸波和扭轉(zhuǎn)波）。Ａrmenakas詳細(xì)討論了圓柱殼中的彈性波傳播理論，指出在管線結(jié)構(gòu)中存在許多模態(tài)，并且在相速度頻散曲線中給出了可能出現(xiàn)的模態(tài)。盡管如此，由于導(dǎo)波的多模及頻散特性的復(fù)雜性，管中導(dǎo)波的傳播性質(zhì)至今仍未被完全理解[7]。英國帝國理工大學(xué)機械工程系的PICawley，A．Demma[8-10]等系統(tǒng)的對裂紋和槽類的缺陷進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬，比較全面的獲得了裂紋和槽類的缺陷的幾何形狀的變化對回波信號的影響，并獲得了管道上的裂紋和槽型缺陷對反射回波信號的影響關(guān)系。在國內(nèi)外的超聲導(dǎo)波檢測數(shù)值模擬的研究中，P．Cawley，A．

7、Demma等的研究相對來說是最全面和系統(tǒng)的。P．Cawley等采用有限元方法、使用膜單元模擬了管道上的缺陷對L(0，2)，F(xiàn)(1，3)兩種模態(tài)導(dǎo)波的反射，并獲得了信號的反射率與缺陷的深度和缺陷在周向上的長度的關(guān)系曲線，初步建立了缺陷幾何尺寸與反射回波信號之間的對應(yīng)關(guān)系。A．Demma,P．Cawley.專業(yè)資料.整理分享..WORD.格式.等全面對管道上的槽型缺陷的檢測進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬，系統(tǒng)地獲得了槽型缺陷的幾何尺寸的變化對回波信號的影響，從而初步建立了槽型缺陷的幾何尺寸與導(dǎo)波回波信號之