本文選題：管道超聲導波 + 尺寸變化缺陷��； 參考：《江蘇大學》2016年碩士論文

【摘要】：管道在石油、天然氣等易燃易爆物質的運輸中應用廣泛,對其的安全檢測不容忽視。超聲導波管道檢測技術具有檢測距離長、效率高的特點,非常適合里程巨大管線的檢測。但現(xiàn)有導波檢測所得結果均比較抽象,無法直觀的得到缺陷信息,若能利用導波技術對管道進行成像檢測,那么檢測結果就可以用圖像直觀呈現(xiàn),檢測技術也就更容易被檢測人員理解與掌握,從而使導波技術更快更好的應用于管道檢測中。本文以超聲導波理論為基礎,結合角譜傳播原理的聲場成像理論,提出了基于角譜傳播的管道導波成像方法,并通過數(shù)值模擬和試驗的方式,成功對管道進行了成像檢測,并利用所得圖像對缺陷進行了定位和定量研究。本文的主要工作和結論有:1)闡述了超聲導波理論和基于角譜傳播原理的聲場成像理論,根據(jù)導波檢測的特點建立了基于角譜傳播的管道導波成像的理論模型,并設計了成像算法。2)利用ANSYS有限元分析軟件建立了管道導波成像檢測的分析模型,研究了不同導波模態(tài)、激勵信號、傳感器布置、有效頻帶“BE”下的成像效果。結果表明,導波頻散越小、波長越短,成像的軸向分辨率越好;周向均布的傳感器個數(shù)越多,成像受干擾模態(tài)影響越小;有效頻帶“BE”達到一定值時,就可以獲得與全頻帶基本相同的成像效果。根據(jù)以上結論確定了成像檢測,使用T(0,1)模態(tài)、5周期漢寧窗調制正弦信號,激勵節(jié)點個數(shù)為40個,75kHz的激勵頻率下,有效頻帶“BE”為35-115kHz。3)利用設計的成像算法得到了導波的角譜及其成像數(shù)據(jù),研究了缺陷尺寸周向變化和軸向變化管道中導波的模態(tài)轉換及其成像檢測。對模態(tài)轉換的研究發(fā)現(xiàn),缺陷周向尺寸越大,轉換產(chǎn)生的彎曲模態(tài)導波比重越大;而缺陷軸向尺寸的增加,彎曲模態(tài)導波比重未有明顯的增多;T(0,1)模態(tài)轉換產(chǎn)生的模態(tài)類型基本不隨缺陷的變化而變化,主要為F(1,2)、F(2,2)、F(3,2)、F(4,2)等模態(tài)。對成像檢測的研究發(fā)現(xiàn),缺陷和管道特征的準確位置均能從檢測圖像中直接得到,周向定位精度可達±5°,軸向定位精度可達±12mm;對于周向尺寸大于所用導波波長的缺陷,可以利用3/4周向幅值寬來對其進行定量的判定。4)搭建了成像試驗系統(tǒng),對管道導波成像方法進行了試驗驗證研究。研究表明,所用成像方法可以對實際管道進行成像檢測,檢測圖像準確反映了缺陷和管道特征的位置信息,周向缺陷的軸向定位精度可達±8mm;同時根據(jù)數(shù)值模擬所得結論,對周向缺陷進行了定量的試驗研究。本文使用超聲導波對管道進行成像檢測,通過數(shù)值模擬與試驗研究,驗證了基于角譜傳播的管道導波成像方法的正確性,研究工作為管道導波成像檢測提供了理論與工程應用依據(jù)。
[Abstract]:Pipeline is widely used in transportation of flammable and explosive materials such as oil and natural gas. Ultrasonic guided wave pipeline detection technology has the characteristics of long detection distance and high efficiency, so it is very suitable for the detection of pipeline with huge mileage. However, the current results of guided wave detection are abstract and can not directly get the defect information. If the guided wave technology can be used to detect the pipeline, then the detection results can be presented directly by the image. The detection technology is easier to be understood and mastered by the detection personnel, so that the guided wave technology can be used in pipeline detection more quickly and better. Based on the theory of ultrasonic guided wave and the theory of acoustic field imaging based on the principle of angular spectrum propagation, a method of guided wave imaging of pipeline based on angular spectrum propagation is proposed in this paper, and the imaging detection of pipeline is carried out successfully by numerical simulation and experiment. The defect location and quantitative study are carried out using the obtained image. The main work and conclusions of this paper are as follows: (1) the ultrasonic guided wave theory and the acoustic field imaging theory based on the angular spectrum propagation principle are expounded. According to the characteristics of the guided wave detection, the theoretical model of the guided wave imaging based on the angle spectrum propagation is established. The imaging algorithm. 2) using ANSYS finite element analysis software, the analysis model of pipeline guided wave imaging detection is established, and the imaging effect under different guided wave mode, excitation signal, sensor arrangement and effective frequency band "be" is studied. The results show that the smaller the pilot-wave dispersion and the shorter the wavelength, the better the axial resolution of imaging, the more sensors distributed in the circumferential direction, the less the influence of interference modes on the imaging, and when the effective band "be" reaches a certain value, The imaging effect is basically the same as that of the whole frequency band. According to the above conclusions, the imaging detection is determined, and the sine signal is modulated by using the 5 period Hanning window of the TX 0 / 1 mode, and the excitation frequency is 40 kHz, the number of excitation nodes is 40 kHz, and the excitation frequency is 75 kHz. The effective band "be" is 35-115 kHz. 3) the angle spectrum of guided wave and its imaging data are obtained by using the designed imaging algorithm. The mode conversion and imaging detection of guided wave in pipeline with circumferential and axial variation of defect size are studied. It is found that the larger the circumferential dimension of the defect, the greater the specific gravity of the bending mode guided wave generated by the transformation, and the greater the axial dimension of the defect. The specific gravity of guided wave in bending mode does not increase obviously.) the modal types produced by modal transformation basically do not change with the change of defect. The study of imaging detection shows that the defect and the accurate location of the pipeline feature can be obtained directly from the detected image, the accuracy of circumferential positioning can reach 鹵5 擄, and the accuracy of axial positioning can reach 鹵12mm. for the defect whose circumferential dimension is larger than the wavelength of the guided wave used, the circumferential dimension is larger than the wavelength of the guided wave. The imaging test system can be set up by using 3 / 4 circumferential amplitude width to determine quantitatively. 4) the guided wave imaging method of pipeline is tested and verified. The study shows that the imaging method can be used to detect the actual pipeline, and the detection image accurately reflects the location information of the defect and pipeline characteristics, and the axial positioning accuracy of the circumferential defect can reach 鹵8 mm. At the same time, according to the numerical simulation, the conclusion is obtained. A quantitative experimental study of circumferential defects was carried out. In this paper, the ultrasonic guided wave is used to detect the pipeline. Through numerical simulation and experimental study, the correctness of the guided wave imaging method based on angular spectrum propagation is verified. The research provides theoretical and engineering basis for pipeline guided wave imaging detection.
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG115.285

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本文編號：1926850