【摘要】：管道作為一個(gè)重要的角色扮演者,廣泛用于水利、液體運(yùn)輸及化工等諸多領(lǐng)域,已成為不可或缺的工程結(jié)構(gòu),比如對(duì)太空的資源爭(zhēng)奪、對(duì)海底的能源利用、對(duì)核能的技術(shù)掌控、對(duì)水資源及石油資源的分配運(yùn)輸?shù)�。同時(shí),也存在于和我們生活息息相關(guān)的民用領(lǐng)域中,包含城市供水和排水管道以及天然氣供應(yīng)管道等。毋庸置疑,管道在其中擔(dān)當(dāng)著重要的角色,并責(zé)任重大。然而,由于各種環(huán)境載荷的長(zhǎng)期作用或者當(dāng)受到動(dòng)態(tài)荷載時(shí),焊接缺陷處或幾何應(yīng)力集中處難免會(huì)出現(xiàn)不同種類及程度的裂痕,甚至損壞。若任由其發(fā)展,日積月累之下會(huì)造成系統(tǒng)本身抗性下降,降低使用壽命,嚴(yán)重的更會(huì)突然斷裂�？梢�(jiàn),通過(guò)對(duì)管道系統(tǒng)的振動(dòng)特性和共振疲勞試驗(yàn)進(jìn)行研究分析,并測(cè)量管道振幅的變化情況,其意義不可謂不深遠(yuǎn),結(jié)合工程實(shí)際生產(chǎn),其價(jià)值亦難以估量。本文旨在針對(duì)管道系統(tǒng)的振動(dòng)理論分析及管道彎曲振幅的測(cè)量方法,系統(tǒng)開(kāi)展了理論和試驗(yàn)研究,其主要內(nèi)容包括:1.針對(duì)管道的彎曲振動(dòng),建立了一個(gè)自由浮動(dòng)管的簡(jiǎn)單力學(xué)模型,該力學(xué)模型計(jì)算分析了兩端加裝質(zhì)量塊的管道的振動(dòng)頻率和振動(dòng)振型,為后期試驗(yàn)裝置的搭建提供了理論依據(jù)。2.研究管道受力分布情況,探索管道彎曲振動(dòng)的變化規(guī)律,針對(duì)其變化規(guī)律確定振幅的測(cè)量位置以及在管道上做出相應(yīng)的測(cè)量標(biāo)記,并以此來(lái)確定攝像機(jī)拍攝管道振動(dòng)視頻的角度。3.通過(guò)攝像機(jī)拍攝管道振動(dòng)過(guò)程的視頻,并借助計(jì)算機(jī)軟件將其處理成一幀幀的圖像,分析對(duì)比管道標(biāo)記處像素坐標(biāo)值,從中選出管道的圖像。對(duì)管道圖像進(jìn)行預(yù)處理分析,其目的是為了減少計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量,提高處理效率,同時(shí)確保了后期管道邊緣檢測(cè)的精度。4.研究基于邊緣檢測(cè)的管道彎曲振幅的測(cè)量方法。對(duì)比分析幾種不同的邊緣檢測(cè)算法,擇出檢測(cè)管道邊緣線效果明顯的算法,繪制出管道上邊緣的變化曲線,從而可以看出管道在振動(dòng)過(guò)程中的彎曲程度,并計(jì)算出振動(dòng)過(guò)程中管道的彎曲振幅。5.通過(guò)對(duì)管道在不同工況下振動(dòng)試驗(yàn)的研究,具體分析了基于邊緣檢測(cè)的測(cè)量方法得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù),并將其與由百分表測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了基于邊緣檢測(cè)的測(cè)量方法的可行性。
【圖文】：

具備質(zhì)量體積小、抗電磁干擾性強(qiáng)、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度及應(yīng)力的測(cè)量。其測(cè)試原理如圖1.1所示。當(dāng)一束寬帶光 經(jīng)過(guò)光纖光柵時(shí)，光纖光柵會(huì)將相位匹配的單色光B 反射回來(lái)，其余波長(zhǎng)的光將投射出去。圖 1.1 光纖光柵傳感器的工作原理外界應(yīng)力、溫度或壓力的變化都會(huì)引起中心波長(zhǎng)B 發(fā)生變化，因此通過(guò)采用溫度自補(bǔ)償式光纖光柵傳感器可實(shí)現(xiàn)管道變形及應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)。錢晉武等人在被檢管道內(nèi)等距離鋪設(shè)光纖光柵傳感器，通過(guò)獲取被測(cè)管道內(nèi)的彎曲變形信息，實(shí)現(xiàn)管道空間位置形狀的位置重建。中國(guó)石油管道研究中心馬云賓等人對(duì)此傳感器測(cè)量的5.12汶川地震后管體應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明光纖光柵傳感器能夠真實(shí)的反應(yīng)管體應(yīng)力變化，效果非常明顯。但此傳感器僅限于點(diǎn)式測(cè)量，很難實(shí)

現(xiàn)全分布式測(cè)量，在長(zhǎng)距離實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面還略顯不足。針對(duì)上述說(shuō)明的集中常見(jiàn)檢測(cè)技術(shù)，除了分析中指出的各自不足之處外，其共同特點(diǎn)就是需要有專業(yè)的工程師做定期的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，如圖1.2所示。這樣既減少了便利性，又增加了人工成本，，同時(shí)也降低了效率。同時(shí)隨著管道的普遍應(yīng)用，其本身工作環(huán)境也限制了人工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，例如埋地管道、海底管道等，而且非實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所帶來(lái)的后果就是對(duì)發(fā)生事故的預(yù)警存在一定的滯后性。圖 1.2 傳統(tǒng)檢測(cè)手段1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容本文圍繞管道振動(dòng)問(wèn)題，重點(diǎn)分析了管道的彎曲振動(dòng)，對(duì)管道彎曲振幅的測(cè)量過(guò)程中涉及到的圖像處理技術(shù)進(jìn)行了深入的分析和研究，建立了一些有效的算法和方法，最后通過(guò)誤差分析，驗(yàn)證了圖像處理技術(shù)的有效性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道振幅的精確測(cè)量。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）闡述了管道振動(dòng)的主要成因，建立管道結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，分析出管道的振動(dòng)頻率和振動(dòng)振型，為試驗(yàn)裝置的搭建建立了理論依據(jù)。（2）通過(guò)對(duì)管道施加的圓周激振力的分析
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;TH113.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2690955