【摘要】：管道作為一個重要的角色扮演者,廣泛用于水利、液體運輸及化工等諸多領(lǐng)域,已成為不可或缺的工程結(jié)構(gòu),比如對太空的資源爭奪、對海底的能源利用、對核能的技術(shù)掌控、對水資源及石油資源的分配運輸?shù)�。同時,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,管道在其中擔當著重要的角色,并責任重大。然而,由于各種環(huán)境載荷的長期作用或者當受到動態(tài)荷載時,焊接缺陷處或幾何應(yīng)力集中處難免會出現(xiàn)不同種類及程度的裂痕,甚至損壞。若任由其發(fā)展,日積月累之下會造成系統(tǒng)本身抗性下降,降低使用壽命,嚴重的更會突然斷裂�？梢�,通過對管道系統(tǒng)的振動特性和共振疲勞試驗進行研究分析,并測量管道振幅的變化情況,其意義不可謂不深遠,結(jié)合工程實際生產(chǎn),其價值亦難以估量。本文旨在針對管道系統(tǒng)的振動理論分析及管道彎曲振幅的測量方法,系統(tǒng)開展了理論和試驗研究,其主要內(nèi)容包括:1.針對管道的彎曲振動,建立了一個自由浮動管的簡單力學模型,該力學模型計算分析了兩端加裝質(zhì)量塊的管道的振動頻率和振動振型,為后期試驗裝置的搭建提供了理論依據(jù)。2.研究管道受力分布情況,探索管道彎曲振動的變化規(guī)律,針對其變化規(guī)律確定振幅的測量位置以及在管道上做出相應(yīng)的測量標記,并以此來確定攝像機拍攝管道振動視頻的角度。3.通過攝像機拍攝管道振動過程的視頻,并借助計算機軟件將其處理成一幀幀的圖像,分析對比管道標記處像素坐標值,從中選出管道的圖像。對管道圖像進行預(yù)處理分析,其目的是為了減少計算機的運算量,提高處理效率,同時確保了后期管道邊緣檢測的精度。4.研究基于邊緣檢測的管道彎曲振幅的測量方法。對比分析幾種不同的邊緣檢測算法,擇出檢測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過程中的彎曲程度,并計算出振動過程中管道的彎曲振幅。5.通過對管道在不同工況下振動試驗的研究,具體分析了基于邊緣檢測的測量方法得到的試驗數(shù)據(jù),并將其與由百分表測量得到的數(shù)據(jù)進行對比,驗證了基于邊緣檢測的測量方法的可行性。
【圖文】：

具備質(zhì)量體積小、抗電磁干擾性強、抗腐蝕等優(yōu)點，可實現(xiàn)對溫度及應(yīng)力的測量。其測試原理如圖1.1所示。當一束寬帶光 經(jīng)過光纖光柵時，光纖光柵會將相位匹配的單色光B 反射回來，其余波長的光將投射出去。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引起中心波長B 發(fā)生變化，因此通過采用溫度自補償式光纖光柵傳感器可實現(xiàn)管道變形及應(yīng)力變化監(jiān)測。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，通過獲取被測管道內(nèi)的彎曲變形信息，實現(xiàn)管道空間位置形狀的位置重建。中國石油管道研究中心馬云賓等人對此傳感器測量的5.12汶川地震后管體應(yīng)力數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果表明光纖光柵傳感器能夠真實的反應(yīng)管體應(yīng)力變化，效果非常明顯。但此傳感器僅限于點式測量，很難實

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

【參考文獻】

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本文編號：2690955