本文選題：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測　切入點(diǎn)：PZT　出處：《沈陽建筑大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：19世紀(jì)中葉,管道運(yùn)輸業(yè)開始興起。由于對油氣資源的大量開發(fā)和市場對能源需求的急劇增加,使之成為與公路、鐵路、航空、水運(yùn)并駕齊驅(qū)的五大運(yùn)輸業(yè)之一,在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防工業(yè)中發(fā)揮重要作用。在實(shí)際工程中,為了保護(hù)管道結(jié)構(gòu),通常在管道外部設(shè)置一定厚度的保溫和保護(hù)層,直接放置在地下或水底。然而隨著使用時(shí)間的增加,帶有保溫和保護(hù)層的管道也會(huì)出現(xiàn)損傷,除了影響正常的生產(chǎn)、造成資源浪費(fèi)、經(jīng)濟(jì)損失外,甚至還會(huì)給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失。由此可見對于層狀管道結(jié)構(gòu)的損傷檢測是十分必要的。由于常規(guī)檢測方法的局限性,一種新的無損檢測方法—利用壓電陶瓷的超聲導(dǎo)波檢測方法逐漸被關(guān)注并發(fā)展。其中,對于管道結(jié)構(gòu)中超聲導(dǎo)波頻散曲線特性分析以及其傳播規(guī)律的研究是這個(gè)領(lǐng)域最關(guān)鍵的科學(xué)問題,亟需通過系統(tǒng)的研究加以解決。本文主要通過理論分析、試驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)值分析相結(jié)合的方法,分別對單層鋼管和層狀管道中超聲導(dǎo)波頻散曲線特性進(jìn)行研究,主要研究內(nèi)容包括：首先,借助前人的研究成果推導(dǎo)出對空心圓管和空心層狀管道結(jié)構(gòu)中的超聲導(dǎo)波的頻散方程,進(jìn)而利用Matlab軟件對導(dǎo)波的頻散方程進(jìn)行求解,繪制出制定材料與幾何參數(shù)的兩種管道結(jié)構(gòu)的群速度和相速度頻散曲線；對兩種管道結(jié)構(gòu)中導(dǎo)波的三種模態(tài)：T模態(tài)、F模態(tài)、L模態(tài)進(jìn)行模態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)T模態(tài)與F模態(tài)頻散曲線變化復(fù)雜、頻散大不適合作為激勵(lì)信號,并同時(shí)分析了兩種管道結(jié)構(gòu)中L(0,2)模態(tài)的頻散曲線,為管道結(jié)構(gòu)超聲導(dǎo)波檢測中激勵(lì)信號的選擇提供了理論依據(jù)。其次,進(jìn)行了兩種無損管道結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證性試驗(yàn)。在試驗(yàn)之前,通過對激勵(lì)信號的分析發(fā)現(xiàn),經(jīng)Hanning窗調(diào)制的正弦疊加信號適合作為檢測的激勵(lì)信號。利用壓電陶瓷片作為信號的激發(fā)與接收裝置,分別激勵(lì)L(0,2)模態(tài)和L(0,1)模態(tài)的導(dǎo)波信號,分別對單層無損鋼管和層狀無損管道進(jìn)行檢測。對根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制頻散曲線,將試驗(yàn)頻散曲線與理論分析結(jié)果進(jìn)行比較,兩者基本吻合,從而證明了頻散曲線繪制方法的正確性。最后,對單層管道中超聲導(dǎo)波頻散曲線特性進(jìn)行了研究。以單層管道中超聲導(dǎo)波頻散曲線的L(0,2)模態(tài)作為分析模態(tài),分別從單一管材(單層鋼管)和多種管材兩個(gè)方面進(jìn)行大量的分析研究,擬合出單層鋼管特征頻率和弱頻散區(qū)域的經(jīng)驗(yàn)公式,給出了單層鋼管超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)中激勵(lì)信號的選取原則；并發(fā)現(xiàn)不同材料的單層管道中超聲導(dǎo)波頻散曲線的特征頻率與其彈性模量和密度的比值關(guān)系較大,隨著該比值的增大,特征頻率也在不斷增大。
[Abstract]:In the middle of 19th century, pipeline transportation began to rise. As a result of the massive exploitation of oil and gas resources and the sharp increase in the market demand for energy, it became one of the five transportation industries that kept pace with roads, railways, aviation and water transportation. It plays an important role in economic construction and national defense industry. In practical projects, in order to protect the pipeline structure, a certain thickness of insulation and protective layer is usually placed outside the pipeline. Directly placed underground or underwater. However, with the increase of service time, pipes with thermal insulation and protective layer will also be damaged, in addition to affecting normal production, resulting in waste of resources, economic losses, It can even cause great loss of life and property safety. It can be seen that the damage detection of layered pipeline structure is very necessary. Due to the limitations of conventional detection methods, A new nondestructive testing method, ultrasonic guided wave detection method using piezoelectric ceramics, has been paid more and more attention. The characteristic analysis of ultrasonic guided wave dispersion curve and the study of its propagation law in pipeline structure are the most key scientific problems in this field, which need to be solved by systematic research. The characteristics of ultrasonic guided wave dispersion curves in single-layer steel pipe and layered pipe are studied by the combination of experimental verification and numerical analysis. The main research contents are as follows: first of all, The dispersion equations of ultrasonic guided waves in hollow circular pipes and hollow layered pipes are derived by previous research results, and the dispersion equations of guided waves are solved by using Matlab software. The dispersion curves of group velocities and phase velocities of two kinds of pipeline structures with material and geometric parameters are plotted, and three modes of guided waves in two kinds of pipeline structures are analyzed, such as: t mode / F mode / L mode. It is found that the dispersion curves of T mode and F mode are complex, and the frequency dispersion is not suitable for the excitation signal. The dispersion curves of the L0 / 2) modes in the two kinds of pipeline structures are also analyzed at the same time. It provides a theoretical basis for the selection of excitation signals in ultrasonic guided wave detection of pipeline structures. Secondly, two kinds of validation tests of non-destructive pipeline structures are carried out. The sinusoidal superposition signal modulated by Hanning window is suitable to be used as the excitation signal for detection. The guided wave signals of the L0 / 2) mode and the L0 / 1) mode are excited by using the piezoelectric ceramic chip as the excitation and receiving device of the signal, respectively. The dispersion curves are drawn according to the experimental data, and the experimental dispersion curves are compared with the theoretical analysis results. Finally, the characteristics of ultrasonic guided wave dispersion curve in single-layer pipeline are studied. The L0 / 2 mode of ultrasonic guided wave dispersion curve in single-layer pipeline is taken as the analytical mode. A great deal of analysis and research are carried out from two aspects of single pipe (single layer steel pipe) and many kinds of pipes respectively, and the empirical formulas of characteristic frequency and weak dispersion region of single layer steel pipe are fitted out. The principle of selecting excitation signal in ultrasonic guided wave detection technology of single-layer steel tube is given, and it is found that the characteristic frequency of ultrasonic guided wave dispersion curve in single-layer pipe with different materials is closely related to the ratio of elastic modulus and density. With the increase of the ratio, the characteristic frequency is increasing.
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE973

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本文編號：1616820