本文關鍵詞：輸電鐵塔角鋼型材缺陷的超聲導波檢測方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：輸電鐵塔用角鋼型材是用于組裝構成架空輸電線路鐵塔的基材,在電力系統(tǒng)內應用廣泛。輸電鐵塔大多架設在野外,受環(huán)境影響,鐵塔角鋼容易產生腐蝕損傷。由于輸電鐵塔角鋼用量大,檢測工作量大,采用傳統(tǒng)的無損檢測方法,檢測效率低,難以滿足實際工程需要,如何對鐵塔角鋼進行快速有效的檢測,以及如何檢測出混凝土塔基中插入混凝土中角鋼的腐蝕損傷一直為電力行業(yè)所關注。與傳統(tǒng)的點對點超聲檢測方法相比,導波檢測方法具有一處激發(fā)、長距離傳播,檢測范圍大的突出特點。研究角鋼型材中的導波傳播特性以及導波在缺陷上的散射特性從而研究對輸電鐵塔角鋼腐蝕缺陷損傷的快速檢測方法具有重要的意義。本文在彈性波理論指導下采用有限元數(shù)值模擬和實驗測試相結合的方法,開展角鋼型材及角鋼固結在混凝土塔基結構中導波的傳播特性及腐蝕缺陷檢測研究。首先,應用有限元軟件ABAQUS建立了角鋼型材的數(shù)值模型,由于角鋼型材可視為由兩塊角鋼窄鋼板按090組成,因此基于鋼板蘭姆波頻散曲線和波結構特點選擇激發(fā)0A模式蘭姆波作為檢測模式波。有限元模擬的波場快照和時域響應回波表明,由于本研究角鋼式樣為截面呈“L”形的固體聲波導,在角鋼鋼板上按0A模式蘭姆波激發(fā)的導波沿角鋼向前傳播,聲場覆蓋角鋼鋼板和角鋼鋼板組成的端角區(qū)域,導波在角鋼中不同部位的缺陷上會形成反射,缺陷反射回波可以被識別出來,但由于角鋼不同于平板,按0A蘭姆波模式激發(fā)的導波在傳播一定距離后呈現(xiàn)出特有的傳播特性,其頻散曲線與蘭姆波有所不同,本研究稱之為類0A模式導波。本研究重點研究了該導波的群速度頻散曲線和衰減特性,為有限元模擬和實驗檢測提供方法指導。其次,建立自由狀態(tài)角鋼型材三維模型,研究了單探頭自發(fā)自收模式和雙探頭一發(fā)一收模式檢測角鋼中不同位置、不同深度的腐蝕缺陷研究。有限元仿真結果表明采用單探頭自發(fā)自收方式的檢測效果優(yōu)于雙探頭一發(fā)一收檢測方式,位于角鋼鋼板的缺陷比位于角鋼端角處的缺陷更容易檢出。為進一步檢測角鋼插入混凝土式塔基中角鋼腐蝕缺陷,在自由狀態(tài)角鋼有限元模型的基礎上建立了角鋼型材與混凝土結構相互接觸的模型,研究了不同位置和尺寸大小的凹槽、裂紋和鋼板厚度減薄等模擬腐蝕缺陷的類0A模式導波檢測的時域回波響應,為檢測實驗奠定基礎。最后,開展了自由狀態(tài)角鋼以及混凝土固結狀態(tài)角鋼的超聲導波檢測實驗研究。設計定制了中心頻率為120kHz的角束導波探頭,在角鋼中激發(fā)類0A模式導波進行檢測實驗研究,實驗結果表明,自由狀態(tài)角鋼型材邊緣和連接區(qū)域的腐蝕缺陷檢測結果明顯,與數(shù)值模擬結果相符。選取凹槽和斷裂等腐蝕缺陷角鋼通過PVC管道作為模具灌注混凝土制作塔基結構模型,對其中的角鋼腐蝕缺陷的檢測效果達到預期目標,表明了超聲導波對電力鐵塔角鋼型材快速檢測的可行性。本文的研究工作為輸電鐵塔角鋼的超聲導波檢測技術研究提供了有意的參考和借鑒。
【關鍵詞】：角鋼型材 無損檢測 超聲導波 有限元方法 類0A模態(tài) 腐蝕缺陷
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM75;TB559
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 選題的依據(jù)、目的和意義9-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 課題相關領域國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展12-13
• 1.2.2 超聲導波檢測的數(shù)值仿真模擬研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文研究的主要內容14-16
• 第二章 超聲導波理論基礎16-25
• 2.1 概述16
• 2.2 彈性波的傳播16-18
• 2.3 蘭姆波基本理論18-24
• 2.3.1 蘭姆波的波動方程19-20
• 2.3.2 相速度和群速度20-21
• 2.3.3 理論頻散曲線的繪制及波結構21-24
• 2.4 本章小結24-25
• 第三章 超聲導波有限元模擬方法25-42
• 3.1 引言25-26
• 3.2 動力學中的有限元理論及ABAQUS簡介26-29
• 3.2.1 動力學中的有限元理論26-27
• 3.2.2 有限元思想及算法27-28
• 3.2.3 ABAQUS軟件簡介28-29
• 3.3 角鋼型材和插入混凝土式塔基有限元模型的建立29-33
• 3.4 模型的加載方式和邊界條件33-34
• 3.5 導波的激勵方法及頻率選擇34-41
• 3.6 本章小結41-42
• 第四章 角鋼型材導波檢測有限元模擬42-65
• 4.1 角鋼型材導波頻散曲線繪制42-45
• 4.2 角鋼型材衰減特性導波數(shù)值模擬45-47
• 4.3 自由狀態(tài)角鋼型材導波檢測數(shù)值模擬47-55
• 4.3.1 單探頭自發(fā)自收式腐蝕缺陷的導波檢測模擬47-51
• 4.3.2 雙探頭收發(fā)分置式腐蝕缺陷導波檢測模擬51-55
• 4.4 混凝土固結狀態(tài)角鋼缺陷的導波檢測數(shù)值模擬55-64
• 4.4.1 混凝土固結狀態(tài)角鋼深度測量數(shù)值模擬55-56
• 4.4.2 混凝土固結狀態(tài)角鋼交接處腐蝕缺陷數(shù)值模擬56-61
• 4.4.3 混凝土固結狀態(tài)角鋼內部腐蝕缺陷數(shù)值模擬61-64
• 4.5 本章小結64-65
• 第五章 角鋼型材缺陷的導波檢測實驗65-76
• 5.1 概述65
• 5.2 實驗系統(tǒng)65-75
• 5.2.1 自由狀態(tài)角鋼導波檢測實驗67-70
• 5.2.2 混凝土固結狀態(tài)下角鋼缺陷導波檢測實驗70-75
• 5.3 本章小結75-76
• 第六章 總結和展望76-78
• 6.1 論文總結76-77
• 6.2 研究展望77-78
• 參考文獻78-81
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和參加科研情況81-82
• 致謝82-83

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