本文關(guān)鍵詞：焊縫特征導(dǎo)波傳播特性的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：焊縫作為特種設(shè)備和深海平臺(tái)內(nèi)部的重要連接結(jié)構(gòu),長(zhǎng)期處于高壓、強(qiáng)腐蝕、大載荷的工作狀態(tài),其結(jié)構(gòu)安全影響了工業(yè)生產(chǎn)的效率和安全。傳統(tǒng)的焊縫無(wú)損檢測(cè)方法效率不高,不適用于大規(guī)模且不規(guī)則的焊縫結(jié)構(gòu)。超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的原理是聲波在波導(dǎo)邊界經(jīng)過(guò)多次折射和反射相互耦合并沿著邊界向前傳播,因此具有傳播距離長(zhǎng)而衰減小的優(yōu)點(diǎn),在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。焊縫結(jié)構(gòu)作為一種特殊的波導(dǎo),其結(jié)構(gòu)及材料不同時(shí)特征導(dǎo)波傳播特性也有所改變,對(duì)此,建立導(dǎo)波在焊縫中的傳播數(shù)學(xué)模型,通過(guò)觀察其位移場(chǎng)分布、頻散特性、衰減特性等,研究不同材料和不同結(jié)構(gòu)焊縫中振動(dòng)集中、泄漏少、頻散小的焊縫特征導(dǎo)波模態(tài)和頻率段,顯得至關(guān)重要。本文將圍繞焊縫特征導(dǎo)波的理論基礎(chǔ)、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、群速度檢測(cè)及衰減檢測(cè)設(shè)計(jì)等展開(kāi)研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:1)研究了超聲導(dǎo)波基本特性,根據(jù)Snell定律推導(dǎo)了形成焊縫特征導(dǎo)波的物理模型;結(jié)合半解析有限元法和固體中聲波運(yùn)動(dòng)方程,建立標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接焊縫的有限元模型,在焊板兩側(cè)引入吸收區(qū)域,獲得了每種導(dǎo)波模態(tài)在結(jié)構(gòu)中的能量流分布。通過(guò)分析特征導(dǎo)波的振動(dòng)形態(tài)發(fā)現(xiàn)兩種基態(tài)模態(tài),并命名為SHw0和Sw0模態(tài),從頻散和衰減特性等方面,探討了這兩種導(dǎo)波模態(tài)的應(yīng)用價(jià)值。2)建立了不同對(duì)接焊板參數(shù)包括不同材料和不同結(jié)構(gòu)下的半解析有限元模型,研究50KHz-400KHz頻率下SHw0和Sw0模態(tài)在不同焊縫結(jié)構(gòu)下的位移、頻散和衰減特性。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)焊縫結(jié)構(gòu)特征加強(qiáng)如焊縫余高和寬度增大時(shí),導(dǎo)波主位移更為集中在焊縫及其周?chē)�。并且SHw0模態(tài)衰減小、頻散小,傳播特性基本穩(wěn)定,只有當(dāng)焊板厚度和材料變化時(shí)相速度才改變;Sw0模態(tài)的相速度和衰減特性受結(jié)構(gòu)影響較大。3)建立了焊縫特征導(dǎo)波激勵(lì)接收實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究了SHW0和SW0模態(tài)激勵(lì)接收方式,實(shí)驗(yàn)證明其沿著焊縫傳播,且群速度和相同頻厚積下的SH0和S0模態(tài)群速度接近。設(shè)計(jì)了檢測(cè)模態(tài)群速度和衰減的實(shí)驗(yàn),求得三塊不同對(duì)接焊板中群速度與衰減率,檢查結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果一致性好。在三條焊縫中預(yù)制了縱向裂紋、橫向裂紋和孔洞三種不同類(lèi)型缺陷,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,所激勵(lì)的SHW0和SW0模態(tài)能夠?qū)崿F(xiàn)焊縫中缺陷檢測(cè)與定位。數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明,本文所探討的SHW0和SW0模態(tài)沿著焊縫傳播,且能量主要集中在焊縫中,衰減少、頻散小,能夠用于焊縫缺陷的檢測(cè)與定位,為焊縫特征導(dǎo)波的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：焊縫特征導(dǎo)波 無(wú)損檢測(cè) 半解析有限元法 模態(tài)分析
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG441.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 焊縫檢測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 超聲導(dǎo)波焊縫檢測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 超聲導(dǎo)波的理論研究方法16-18
• 1.5 本課題的來(lái)源與主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 1.5.1 課題來(lái)源18
• 1.5.2 本文主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第二章 超聲導(dǎo)波基本理論及焊縫特征導(dǎo)波的形成20-30
• 2.1 超聲導(dǎo)波基本特性20-23
• 2.1.1 超聲導(dǎo)波的相速度與群速度20-21
• 2.1.2 導(dǎo)波的頻散現(xiàn)象與衰減21-22
• 2.1.3 超聲導(dǎo)波的振動(dòng)形態(tài)22-23
• 2.2 板中的導(dǎo)波23-27
• 2.2.1 板中的SH導(dǎo)波23-26
• 2.2.2 板中的Lamb波26-27
• 2.3 焊縫特征導(dǎo)波的形成27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 基于半解析有限元法的焊縫特征導(dǎo)波模型30-39
• 3.1 焊縫特征導(dǎo)波的半解析有限元建模30-32
• 3.1.1 半解析有限元法簡(jiǎn)介30
• 3.1.2 焊縫特征導(dǎo)波的質(zhì)點(diǎn)位移方程30-32
• 3.2 焊縫結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型32-36
• 3.2.1 材料參數(shù)與網(wǎng)格劃分32-34
• 3.2.2 模型幾何結(jié)構(gòu)34
• 3.2.3 增加吸收區(qū)域34-35
• 3.2.4 模態(tài)位移場(chǎng)的能量流35-36
• 3.3 兩種基本模態(tài)的焊縫特征導(dǎo)波36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 焊縫特征導(dǎo)波傳播特性的影響因素研究39-46
• 4.1 焊縫余高對(duì)焊縫特征導(dǎo)波傳播特性的影響39-41
• 4.2 焊縫寬度對(duì)焊縫特征導(dǎo)波傳播特性的影響41-42
• 4.3 焊板厚度對(duì)焊縫特征導(dǎo)波傳播特性的影響42-44
• 4.4 焊縫材料對(duì)焊縫特征導(dǎo)波傳播特性的影響44-45
• 4.5 本章小結(jié)45-46
• 第五章 焊縫特征導(dǎo)波傳播特性的實(shí)驗(yàn)研究46-65
• 5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)46-48
• 5.2 群速度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)48-49
• 5.3 焊縫特征導(dǎo)波激勵(lì)及模態(tài)鑒別49-55
• 5.3.1 SH_(W0)模態(tài)的激勵(lì)與鑒別49-52
• 5.3.2 S_(W0)模態(tài)的激勵(lì)與鑒別52-55
• 5.4 對(duì)接焊板中的群速度檢測(cè)55-57
• 5.5 對(duì)接焊板中的衰減率檢測(cè)57-61
• 5.6 焊縫特征導(dǎo)波應(yīng)用于焊縫缺陷檢測(cè)61-64
• 5.7 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)和展望65-67
• 6.1 本文已完成的工作65-66
• 6.2 對(duì)未來(lái)工作的展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 致謝71-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果72

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