【摘要】：隨著天然氣管道的普及與發(fā)展,目前國內(nèi)管道逐漸進(jìn)入事故多發(fā)的老齡期,必須定期檢測與維護(hù)現(xiàn)役管道,因此對于管道的無損檢測技術(shù)研究得到了高度重視。基于激光超聲的無損檢測通�？梢詸z測出金屬缺陷的大致位置,但此技術(shù)用于檢測管道裂紋缺陷的研究甚少,并且對管道裂紋缺陷的定量表征只停留在位置上,對裂紋可視化有待深入研究,因此為了優(yōu)化管道裂紋的修復(fù)與維護(hù)技術(shù),研發(fā)一種基于激光超聲的管道裂紋定量表征及三維成像方法顯得尤為重要。本文在借鑒國內(nèi)外激光超聲技術(shù)檢測金屬缺陷的基礎(chǔ)上,主要針對X80管線鋼的天然氣管道裂紋缺陷,設(shè)計了一種管道裂紋缺陷的定量表征及三維成像方法。通過理論分析、有限元分析以及實驗研究等方式,探究了激光超聲波在二維管道內(nèi)部傳播的過程,并分析管道缺陷對超聲波傳播過程的影響,建立管道缺陷與超聲波之間的定量表征關(guān)系,通過超聲波信號構(gòu)建三維數(shù)字矩陣,完成了基于Qt與PCL管道缺陷的三維成像。(1)設(shè)計了基于激光超聲波信號的管道缺陷定量表征方法。通過研究了激光超聲波的不同激發(fā)方式,分析在熱彈機(jī)制下縱波、橫波和表面波的產(chǎn)生原因以及傳播形式,基于理論建模分析比較激光的點光源和線光源的傳播特性;利用有限元法建立了二維管道的物理模型,通過二維模型上的矩形凹槽替換實際中的管道表面裂紋缺陷,模擬激光激發(fā)超聲波在管道內(nèi)部的傳播過程;通過分析采集到不同波形到達(dá)接收點的時間,模擬了各個超聲波形在傳播過程中的相互轉(zhuǎn)化,通過此定量表征方法可以檢測管道裂紋缺陷的具體深度、位置以及角度。(2)在仿真分析的基礎(chǔ)上設(shè)計并搭建了一種用于不同管道裂紋缺陷的檢測系統(tǒng)。通過實驗分別對不同高度、寬度以及角度的裂紋缺陷進(jìn)行研究,分析了不同缺陷參數(shù)對超聲波的影響,基于管道裂紋定量表征方法得到了裂紋的位置、深度以及角度信息。此實驗結(jié)果表明,所設(shè)計的裂紋缺陷定量表征方法具有較高的定量精度,所得的結(jié)果與有限元模擬結(jié)果相吻合,進(jìn)而驗證了此方法的正確性。(3)設(shè)計了一種管道裂紋的三維成像方法�；诔暡ㄐ盘枠�(gòu)建三維數(shù)字矩陣,通過檢測不同角度下的管道裂紋,建立帶有三維空間坐標(biāo)的點云數(shù)據(jù),基于Qt和PCL搭建了一種點云成像系統(tǒng),通過得到的點云數(shù)據(jù)建立管道缺陷的三維圖像。此結(jié)果表明,三維圖像可以達(dá)到便于觀察與分析的水平。本文的研究為管道缺陷的定量表征方法以及三維成像提供了理論和實驗依據(jù),有助于激光超聲技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
【圖文】：

圖 1-1 遮擋法測量試塊缺陷Fig.1-1 Occlusion method for measuring test block defectsPeng 等[50]提出了一種基于激光散斑剪切干涉的內(nèi)部缺陷深度測量方法模型，加載離面位移以及相應(yīng)載荷等條件，得到相關(guān)的散斑圖像，計算

激光掃描系統(tǒng)示意圖
【學(xué)位授予單位】：北京石油化工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU996.7;TP274.53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2615307