發(fā)布時間：2020-05-19 08:40

【摘要】：管道結(jié)構(gòu)因其安全、穩(wěn)定、可靠等特點,在建筑、工業(yè)、市政、艦船等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,現(xiàn)已成為五大運輸方式之一。管道結(jié)構(gòu)服役期內(nèi)因外力破壞、老化腐蝕、環(huán)境作用等影響而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損壞,極易造成環(huán)境污染和財產(chǎn)損失,因此,針對管道結(jié)構(gòu)如何進行快速、高效的檢測,保證工業(yè)管道、城市管網(wǎng)等的安全可靠顯得尤為必要。超聲導(dǎo)波無損檢測技術(shù)憑借其快速、高效、安全的特點,在管道結(jié)構(gòu)無損檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文利用超聲導(dǎo)波探測技術(shù),對直管段結(jié)構(gòu)的單缺陷和雙缺陷進行損傷識別、定位以及成像。首先基于空心柱面導(dǎo)波理論,介紹導(dǎo)波相關(guān)概念和導(dǎo)波衰減現(xiàn)象,推導(dǎo)管段結(jié)構(gòu)的導(dǎo)波頻散方程,繪制頻散曲線,了解管段結(jié)構(gòu)中導(dǎo)波縱向模態(tài)、彎曲模態(tài)、扭轉(zhuǎn)模態(tài)的特征,說明選擇L(0,2)模態(tài)導(dǎo)波對管段結(jié)構(gòu)進行探傷的優(yōu)勢,介紹管段結(jié)構(gòu)中超聲導(dǎo)波探測的基本原理。其次,基于ABAQUS軟件,建立管段有限元模型,說明單元類型和網(wǎng)格劃分的原則,闡述邊界條件簡化原因,并利用顯式動力分析模塊模擬超聲導(dǎo)波在直管段中的傳播,對比選擇對管段損傷識別最為敏感的激勵信號周期數(shù)和激發(fā)頻率。再次,通過數(shù)值模擬,研究在直管段中單缺陷深度和周向長度對L(0,2)模態(tài)導(dǎo)波反射系數(shù)影響;研究直管段的雙缺陷尺寸、缺陷間的距離以及缺陷周向相對位置,對缺陷識別效果的影響,分析超聲導(dǎo)波在雙缺陷管段中的傳播路徑。此外,介紹板結(jié)構(gòu)損傷識別定位的方法和原理,并在分析板結(jié)構(gòu)橢圓定位成像方法的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出適合管段單缺陷和雙缺陷的軸向定位方法和損傷成像方法。最后,介紹實驗儀器與實驗流程,進行無損管段超聲導(dǎo)波實驗,選擇合適的激發(fā)頻率與激勵信號周期,并通過單缺陷管段超聲導(dǎo)波探傷實驗,驗證上述軸向定位方法與損傷成像方法的有效性。有限元模型缺陷軸向定位及成像結(jié)果,表明三點軸向定位方法和圓形軌跡成像方法能有效反映管道單缺陷和雙缺陷的軸向定位和周向長度信息。實驗管段缺陷軸向定位和成像結(jié)果表明,上述兩種方法具有可行性,但這兩種方法的精確度主要取決于超聲導(dǎo)波信號數(shù)據(jù)的精度。
【圖文】：

圖 1.1 中海油橫琴輸氣管道泄漏 圖 1.2 青島輸油管道爆炸事件圖管道開裂損壞的因素可歸結(jié)為以下三種：1）外力作用：管道上方存在違規(guī)占壓物，重物對管道產(chǎn)生局部壓力，導(dǎo)致管道變形受損；在施工的過程中或地址勘探過程中，管道受機械作用破壞；不法分子利用非法手段在管道上鑿孔，以安裝支管路偷盜油氣資源。2）管道腐蝕：管道工作環(huán)境較為惡劣，管道防護層會因細(xì)菌腐蝕、氧化等作用逐漸剝落退化以至于喪失防護功能，無防護的管段在微生物以及空氣氧化等作用下形成腐蝕開裂。3）環(huán)境作用：溫度變化引起土層熱脹冷縮，產(chǎn)生溫差應(yīng)力，，管道在不同土層間受力不均勻；在寒冷地區(qū)，因極端天氣和人為因素，管道存在管體凍裂可能。管道運送的物質(zhì)多為易燃、易爆、易揮發(fā)的流體或氣體，管道經(jīng)過城市、湖泊河流等人口密集區(qū)域或環(huán)境保護區(qū)域，一旦因自然災(zāi)害或人為作用致使管道開裂發(fā)生管道泄露，極易造成環(huán)境污染和財產(chǎn)損失。針對人口密集區(qū)域和環(huán)境保護區(qū)域定期開展管道的監(jiān)控檢測，是為管道安全運行提供保障的有效手段。

圖 1.1 中海油橫琴輸氣管道泄漏 圖 1.2 青島輸油管道爆炸事件圖管道開裂損壞的因素可歸結(jié)為以下三種：1）外力作用：管道上方存在違規(guī)占壓物，重物對管道產(chǎn)生局部壓力，導(dǎo)致管道變形受損；在施工的過程中或地址勘探過程中，管道受機械作用破壞；不法分子利用非法手段在管道上鑿孔，以安裝支管路偷盜油氣資源。2）管道腐蝕：管道工作環(huán)境較為惡劣，管道防護層會因細(xì)菌腐蝕、氧化等作用逐漸剝落退化以至于喪失防護功能，無防護的管段在微生物以及空氣氧化等作用下形成腐蝕開裂。3）環(huán)境作用：溫度變化引起土層熱脹冷縮，產(chǎn)生溫差應(yīng)力，管道在不同土層間受力不均勻；在寒冷地區(qū)，因極端天氣和人為因素，管道存在管體凍裂可能。管道運送的物質(zhì)多為易燃、易爆、易揮發(fā)的流體或氣體，管道經(jīng)過城市、湖泊河流等人口密集區(qū)域或環(huán)境保護區(qū)域，一旦因自然災(zāi)害或人為作用致使管道開裂發(fā)生管道泄露，極易造成環(huán)境污染和財產(chǎn)損失。針對人口密集區(qū)域和環(huán)境保護區(qū)域定期開展管道的監(jiān)控檢測，是為管道安全運行提供保障的有效手段。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U178

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