本文關(guān)鍵詞：基于激光超聲的管道表面裂紋缺陷檢測機理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：管道被廣泛應(yīng)用于各個重要領(lǐng)域,長期處在高溫或腐蝕等惡劣環(huán)境中。隨著服役時間增長,極易產(chǎn)生疲勞破壞進而導(dǎo)致裂紋出現(xiàn),從而引發(fā)管道介質(zhì)泄漏等事故。激光超聲檢測技術(shù)具有完全非接觸、無需耦合劑、適合遠距離檢測、激發(fā)超聲波帶寬大、空間分辨率高等優(yōu)點,彌補常規(guī)超聲技術(shù)的不足,特別適用于高溫、腐蝕、核輻射等惡劣環(huán)境中管道的檢測。本文結(jié)合管道表面裂紋缺陷檢測的迫切需求,采用基于熱固耦合的有限元模擬方法與基于激光超聲的實驗相結(jié)合,研究激光超聲表面波與管道表面裂紋相互作用的機理。采用基于熱固耦合原理的有限元方法模擬激光在管道中激發(fā)超聲波的過程,考察脈沖激光源功率密度及在管道表面產(chǎn)生的瞬態(tài)溫度梯度分布;研究管道有、無表面裂紋缺陷情況下的超聲振動特征;分析裂紋深度對超聲振動信號、缺陷一次回波頻譜和超聲應(yīng)力場傳播特性的影響。有限元模擬為實驗研究研究提供理論技術(shù)基礎(chǔ)。采用模塊化設(shè)計,搭建激光超聲管道檢測系統(tǒng),用脈沖激光激發(fā)超聲波,基于雙波混合原理的激光干涉儀接收超聲波,量化分析信噪比達到最佳狀態(tài)的各模塊參數(shù),利用分數(shù)階微分方法提取表面波缺陷回波信號。研究脈沖激光功率密度對超聲表面波信號的影響;分析管道有、無裂紋時的超聲信號特征以及激光超聲表面波對表面缺陷的反應(yīng);探究表面波缺陷回波缺陷特征提取前后的B掃描結(jié)果;分析表面裂紋缺陷深度與兩次缺陷回波時間間隔的關(guān)系。綜合對比分析實驗研究結(jié)果與有限元模擬結(jié)果,對研究過程作出評價,分析得到脈沖激光在管道激發(fā)超聲波及其與表面裂紋缺陷相互作用的機理。
【關(guān)鍵詞】：管道 激光超聲 有限元方法 表面裂紋缺陷 模式轉(zhuǎn)換
【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】：2016
【分類號】：U178
【目錄】：

• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究進展12-14
• 1.2.1 激光超聲的研究概況12-13
• 1.2.2 圓管中激光超聲的研究進展13-14
• 1.3 激光超聲檢測技術(shù)在管道檢測方面的應(yīng)用14-19
• 1.4 本文研究目標(biāo)和內(nèi)容安排19-21
• 第二章 激光超聲檢測技術(shù)基本理論21-29
• 2.1 超聲波的激光產(chǎn)生機理21-23
• 2.1.1 熱彈機理21-22
• 2.1.2 燒蝕機理22-23
• 2.2 超聲波的非接觸檢測技術(shù)23-27
• 2.2.1 非干涉檢測技術(shù)23-25
• 2.2.2 干涉儀檢測技術(shù)25-27
• 2.3 本章小結(jié)27-29
• 第三章 管道激光超聲檢測有限元模擬29-47
• 3.1 有限元的基本思想29-32
• 3.1.1 熱傳導(dǎo)方程的有限元解法29-30
• 3.1.2 瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元模型邊界值選擇30
• 3.1.3 熱傳導(dǎo)方程有限元表達式30-31
• 3.1.4 熱彈方程有限元求解31
• 3.1.5 熱固耦合31-32
• 3.2 有限元模擬網(wǎng)格大小與時間步長的選擇32-34
• 3.2.1 網(wǎng)格大小32-33
• 3.2.2 時間步長33
• 3.2.3 激光和材料的有關(guān)參數(shù)33-34
• 3.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析34-46
• 3.3.1 激光功率密度計算34-36
• 3.3.2 瞬態(tài)溫度場求解36-38
• 3.3.3 熱固耦合后管道內(nèi)超聲波傳播情況38-39
• 3.3.4 掃描激光源檢測管道表面缺陷及特性分析39-41
• 3.3.5 裂紋深度對超聲表面波影響41-43
• 3.3.6 脈沖激光在管道激發(fā)的超聲波應(yīng)力場43-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 激光超聲檢測系統(tǒng)設(shè)計47-55
• 4.1 激勵模塊48
• 4.2 檢測模塊48-53
• 4.2.1 AIR1550TWM干涉儀49
• 4.2.2 雙波混合干涉檢測技術(shù)的原理49-50
• 4.2.3 檢測模塊參數(shù)實驗與特性分析50-53
• 4.3 數(shù)據(jù)采集模塊53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第五章 管道表面裂紋缺陷激光超聲檢測實驗研究55-73
• 5.1 激光功率密度對超聲信號影響55-56
• 5.2 激光在管道產(chǎn)生超聲波的信號特征56-60
• 5.3 基于分數(shù)階微分的信號處理方法60-61
• 5.4 激光超聲表面波與缺陷相互作用的特性研究61-70
• 5.4.1 聲表面波對表面缺陷的反映61-65
• 5.4.2 激光超聲管道B掃描檢測65-68
• 5.4.3 超聲表面波缺陷回波特性分析68-70
• 5.5 本章小結(jié)70-73
• 第六章 結(jié)論與展望73-75
• 6.1 結(jié)論73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻75-79
• 致謝79-81
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81-83
• 作者及導(dǎo)師簡介83

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