本文關(guān)鍵詞：面向非金屬管道結(jié)構(gòu)損傷的非線性超聲調(diào)制檢測技術(shù)研究

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【摘要】：隨著近年來非金屬管道的應(yīng)用的不斷發(fā)展,非金屬管道結(jié)構(gòu)作為石化、農(nóng)業(yè)、城市的生產(chǎn)或者配送管網(wǎng),其結(jié)構(gòu)狀況關(guān)系到人員及設(shè)備的安全,因此針對非金屬管道結(jié)構(gòu)損傷的有效檢測方法研究也不斷涌現(xiàn),其研究也一直是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測學(xué)科的前沿問題。面對非金屬管道主要為高分子材料難以準(zhǔn)確與有效檢測的問題,本論文以“面向非金屬管道結(jié)構(gòu)損傷的非線性超聲調(diào)制檢測技術(shù)研究”為題,結(jié)合非線性超聲檢測技術(shù)特性,基于主動(dòng)聲發(fā)射方式研究了非金屬管道非線性超聲損傷檢測,為檢測非金屬管道結(jié)構(gòu)損傷提供了一種新思路和方法,為非金屬管道監(jiān)測技術(shù)的損傷評估與損傷定位提供理論依據(jù),對保障大范圍非金屬管線的安全使用有建設(shè)性的作用,具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值和工程應(yīng)用意義。論文研究工作得到廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014A030313248)和2016年度廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局項(xiàng)目的資助。論文主要工作包括:(1)從理論上分析了非金屬管道損傷產(chǎn)生過程以及非線性超聲損傷檢測機(jī)理,在此基礎(chǔ)上建立了損傷檢測的非線性動(dòng)力學(xué)方程,根據(jù)非線性檢測技術(shù)存在的不足以及實(shí)際損傷的需求,研究一種非金屬管道結(jié)構(gòu)損傷非線性超聲檢測技術(shù)。(2)根據(jù)非金屬管道結(jié)構(gòu),將主動(dòng)聲發(fā)射方式應(yīng)用于損傷探測以獲取檢測過程的損傷特征量實(shí)現(xiàn)損傷評估。研究非線性超聲同側(cè)激勵(lì)法,采用小波包分解法對非線性超聲調(diào)制旁瓣分量進(jìn)行小波分析,獲取非線性損傷分量與非金屬管道損傷大小的關(guān)系,采用非線性旁瓣分量的信號處理方法解決超聲導(dǎo)波在非金屬管道上的高衰減效應(yīng)與損傷對導(dǎo)波的減弱作用。(3)根據(jù)超聲導(dǎo)波傳播特性與非金屬管道的頻率響應(yīng),構(gòu)造非線性混頻延時(shí)激勵(lì)信號,建立了關(guān)于非金屬管道的非線性超聲損傷定位方程,使用HHT(Hilbert-Huang Transformation)提取瞬時(shí)特征的多區(qū)域損傷定位方法,實(shí)現(xiàn)多區(qū)域的損傷定位。(4)實(shí)現(xiàn)非線性管道損傷評估與定位算法,開展了非金屬管道實(shí)物損傷檢測實(shí)驗(yàn),分析非金屬管道對超聲混頻激勵(lì)信號的作用,使用非線性超聲損傷評估實(shí)現(xiàn)損傷大小的計(jì)算,使用非線性超聲延時(shí)定位計(jì)算損傷位置,結(jié)果表明可以有效獲得損傷大小與損傷位置。(5)最后建立非金屬管道混凝土覆蓋模型,采用該技術(shù)對非金屬管道在混凝土覆蓋情況下的損傷檢測試驗(yàn),結(jié)果表明在混凝土環(huán)境下該技術(shù)能夠有效檢測損傷,并且對過墻非金屬管道使用非線性超聲調(diào)制檢測技術(shù),可對模擬墻體內(nèi)部損傷進(jìn)行檢測。
【關(guān)鍵詞】：非金屬管道 非線性超聲 損傷評估 損傷定位
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU317;TB559
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 課題提出背景及研究意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-21
• 1.2.1 管道結(jié)構(gòu)損傷檢測現(xiàn)狀13-18
• 1.2.2 非線性超聲檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容21-23
• 第二章 基于非線性超聲的非金屬管道結(jié)構(gòu)損傷檢測機(jī)理23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 非線性超聲導(dǎo)波基本理論23-29
• 2.2.1 非線性波動(dòng)方程的解24-27
• 2.2.2 非線性超聲導(dǎo)波與介質(zhì)的相互作用27-29
• 2.3 非金屬管道損傷超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)需求分析29-35
• 2.3.1 超聲導(dǎo)波在空心圓柱的傳播特性29-31
• 2.3.2 基于鋯鈦酸鉛晶片的應(yīng)力波技術(shù)基礎(chǔ)31-32
• 2.3.3 非金屬管材特性與損傷斷裂機(jī)理32-34
• 2.3.4 非金屬管道損傷超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)需求34-35
• 2.4 基于非線性超聲導(dǎo)波的非金屬管道結(jié)構(gòu)損傷檢測技術(shù)規(guī)劃35-38
• 2.4.1 基于非線性超聲調(diào)制的損傷評估分析36-37
• 2.4.2 基于非線性超聲損傷定位方法37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第三章 非金屬管道結(jié)構(gòu)損傷程度評估研究39-50
• 3.1 引言39
• 3.2 非線性超聲調(diào)制技術(shù)基本理論39-44
• 3.2.1 非線性超聲調(diào)制現(xiàn)象及其產(chǎn)生原理39-42
• 3.2.2 非線性超聲調(diào)制理論模型42-44
• 3.3 基于混頻信號的非金屬管道損傷評估44-47
• 3.3.1 同側(cè)非線性混頻信號激勵(lì)方法44-45
• 3.3.2 基于小波包分解的損傷評估方法45-47
• 3.4 基于非線性超聲的非金屬管道損傷評估47-48
• 3.4.1 非線性損傷旁瓣分量分析47
• 3.4.2 基于同步解調(diào)的非線性損傷分量分析47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第四章 非金屬管道多損傷區(qū)域定位方法研究50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 非線性超聲調(diào)制多損傷區(qū)域定位50-53
• 4.2.1 混頻延時(shí)信號定位方法50-52
• 4.2.2 延時(shí)信號非線性分量分析52-53
• 4.3 信號幅頻解調(diào)方法53-57
• 4.3.1 信號瞬時(shí)物理量53-54
• 4.3.2 經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解54-56
• 4.3.3 HHT變換解調(diào)方法56-57
• 4.4 基于HHT的非線性超聲導(dǎo)波調(diào)制多損傷區(qū)域定位57-61
• 4.4.1 非線性損傷分量的瞬時(shí)幅值與頻率57-58
• 4.4.2 非線性損傷判定58-59
• 4.4.3 多損傷區(qū)域局部定位59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用研究62-92
• 5.1 引言62
• 5.2 非金屬管道損傷實(shí)驗(yàn)平臺62-65
• 5.2.1 非金屬管道實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)材料62-64
• 5.2.2 PVC管道的頻率響應(yīng)特性64-65
• 5.3 基于非線性超聲調(diào)制裂紋損傷程度評估實(shí)驗(yàn)65-74
• 5.3.1 漢寧窗正弦調(diào)制信號裂紋損傷實(shí)驗(yàn)與分析65-67
• 5.3.2 非線性混頻信號裂紋損傷實(shí)驗(yàn)與分析67-72
• 5.3.3 非線性損傷分量損傷程度評估分析72-74
• 5.4 非線性延時(shí)信號超聲損傷定位實(shí)驗(yàn)74-77
• 5.4.1 選取混頻信號頻率與傳播速度75-76
• 5.4.2 損傷定位結(jié)果分析76-77
• 5.5 基于HHT的非線性延時(shí)多損傷區(qū)域定位實(shí)驗(yàn)77-84
• 5.5.1 非金屬管道無損傷狀態(tài)實(shí)驗(yàn)78-80
• 5.5.2 單裂紋損傷定位實(shí)驗(yàn)分析80-81
• 5.5.3 雙裂紋損傷區(qū)域定位實(shí)驗(yàn)分析81-82
• 5.5.4 基于HHT的多損傷區(qū)域定位法的優(yōu)點(diǎn)82-84
• 5.6 過墻非金屬管道損傷應(yīng)用實(shí)驗(yàn)84-90
• 5.6.1 混凝土覆蓋管道模型對導(dǎo)波傳播影響實(shí)驗(yàn)84-87
• 5.6.2 混凝土覆蓋PVC管道模型87-89
• 5.6.3 基于HHT的非線性超聲過墻PVC管道損傷檢測實(shí)驗(yàn)與分析89-90
• 5.7 本章小結(jié)90-92
• 結(jié)論92-94
• 參考文獻(xiàn)94-99
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果99-100
• 致謝100-101
• 附件101

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本文編號：747355