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《利用壓電超聲導波時間反轉(zhuǎn)法的管道結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、博士學位論文利用壓電超聲導波時間反轉(zhuǎn)法的管道結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測研究ResearchonPipelineStructuralCrackMonitoringbyUsingPZT-basedUltrasonicGuidedWavesTimeReversalMethod作者姓名：學科、專業(yè)：學號：指導教師：完成日期：l訇石教援2Q!三生蘭目大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學學位論文獨創(chuàng)性聲明作者鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下進行研究工作所取得的成果。盡我所知，除
2、文中已經(jīng)注明引用內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表的研究成果，也不包含其他已申請學位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對本研究所做的貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。若有不實之處，本人愿意承擔相關(guān)法律責任。學位論文題目：到閨壓電嫠直昱邊吐閶廈整法鮑籃道結(jié)掏裂紋監(jiān)測盟究作者簽名：起Q圭≥日期：二唑年』￡幔日大連理工大學博士學位論文摘要本文的主要工作是對壓電超聲導波時間反轉(zhuǎn)法在管道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中應用進行研究。與傳統(tǒng)的管道結(jié)構(gòu)常規(guī)超聲無損監(jiān)測過程相比，時間反轉(zhuǎn)法可以很好地解決傳統(tǒng)
3、方法中聚焦點散焦，形成相差畸變、圖像失真和模糊問題。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的超聲導波時間反轉(zhuǎn)處理可以使復雜的信號實現(xiàn)信號聚焦或重建，且參與的傳感器數(shù)量越多，聚焦效果越明顯；信號復雜程度越高，聚焦前后信號的反差越大。本文在國內(nèi)首次對充液埋地管道結(jié)構(gòu)的裂紋監(jiān)測進行了理論和試驗研究。開發(fā)了一套快捷準確的試驗系統(tǒng)，對準確判定管道結(jié)構(gòu)完整性，提高其監(jiān)測水平具有重要的現(xiàn)實意義。主要的研究成果可以概括為以下幾個方面。(1)根據(jù)時間反轉(zhuǎn)方法基本原理推導了超聲導波時間反轉(zhuǎn)聚焦理論公式并進行試驗驗證。對單個以及多個壓電傳感器在板中的信號時間
4、反轉(zhuǎn)聚焦過程進行了試驗研究，實現(xiàn)了對窄帶超聲導波信號的時反聚焦，為后續(xù)試驗奠定基礎。結(jié)果表明：板中聚焦信號分為兩部分，第一部分為零時刻主波峰，該波峰為監(jiān)測信號中多個模式的聚焦，也是各監(jiān)測信號的聚焦，波峰幅值顯著增大；第二部分為旁瓣波峰，各旁瓣出現(xiàn)的時刻也不盡相同，互相之間不會發(fā)生疊加，有時甚至會互相抵消，主波峰信號顯著突出。(2)研究確定合理的選擇在管道中傳播的超聲導波模態(tài)和激勵頻率的基本原則，使其頻散最小，以簡化管道超聲回波信號分析的復雜性。根據(jù)頻散曲線的模態(tài)特征及管道徑向位移和應力分布曲線，確定導波的模態(tài)和
5、激勵頻率，通過截止頻率計算和頻散曲線比較，確定激勵頻率盲區(qū)的范圍；根據(jù)信號的頻譜圖和激勵脈沖的寬度來確定激勵信號的周期數(shù)。多個單音頻疊加信號經(jīng)HANNING窗調(diào)制窄帶激勵，既可以提高信號強度，又可以增加導波的傳播距離。結(jié)果表明：周期數(shù)目高的信號，頻帶窄，有利于頻率控制；周期數(shù)多，在時域內(nèi)信號持續(xù)時間長，波形易疊加，一般折中選擇。(3)根據(jù)脈沖回波法，分別對無損管道、含周向裂紋管道、含軸向裂紋管道和含不同夾角的斜裂紋管道進行了數(shù)值模擬。給出了L(0，2)模態(tài)和T(0，1)模態(tài)導波在管道中傳播的可視化結(jié)果，并對導波
6、在有損和無損管道中的傳播情況做了分析。對各種損傷信號進行時間反轉(zhuǎn)處理，并進行了比較。對含裂紋管道模擬的結(jié)果表明：導波在缺陷處不但發(fā)生反射和透射現(xiàn)象，而且還會發(fā)生模態(tài)轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換的模態(tài)多為彎曲模態(tài)；當激勵的導波能量相當時，時間反轉(zhuǎn)導波監(jiān)測方法獲得的信號中缺陷回波的幅值將比直接導波監(jiān)測方法獲得的大，因此，對小缺陷的監(jiān)測能力增強。缺陷造成的模態(tài)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象和時間反轉(zhuǎn)信號取點率是決定時間反轉(zhuǎn)聚焦增強監(jiān)測能力的重要因素。利用壓電超聲導波時間反轉(zhuǎn)法的管道結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測研究(4)利用壓電超聲導波對管道結(jié)構(gòu)中缺陷進行監(jiān)測的試驗研究。
7、分別在管道中激勵L(O，2)模態(tài)和T(O，1)模態(tài)的導波信號，對管道中存在的周向裂紋、軸向裂紋和斜裂紋分別進行監(jiān)測，確定缺陷所在位置以及各模態(tài)所敏感的缺陷形式。試驗結(jié)果表明：將各時間反轉(zhuǎn)激勵信號單獨激勵再疊加的方式可以增強導波缺陷監(jiān)測能力，并將此過程稱為近似時間反轉(zhuǎn)監(jiān)測。信號經(jīng)時間法反轉(zhuǎn)處理后，無論對于周向裂紋、軸向裂紋、還是斜裂紋缺陷反射系數(shù)較直接導波監(jiān)測方法有所增大，說明時間反轉(zhuǎn)方法有利于小缺陷的監(jiān)測。同時在信號中出現(xiàn)了許多其它模態(tài)的波包，會對信號的判讀造成一定影響。在管道參數(shù)等條件相同的前提下，模態(tài)轉(zhuǎn)換現(xiàn)
8、象越嚴重，時間反轉(zhuǎn)法越能在更大程度上提高原有導波缺陷監(jiān)測的能力。這與數(shù)值模擬得到的分析結(jié)果是一致的。(5)推導出了充液埋地管道的頻散方程，計算了管道中不同模態(tài)的頻散和衰減等特性。隨著頻率的增加，模態(tài)衰減值也相應增大，同時導波波長變小，對缺陷更加靈敏。由于衰減隨頻率增大而增大，監(jiān)測距離也隨之縮短。因此，在工程實際中需要根據(jù)監(jiān)測需要，進一步選擇頻率和衰減適中的縱向模態(tài)用于該類管道中不同類型
