作為重要的承壓承重結(jié)構(gòu),厚壁結(jié)構(gòu)是石油和電力等能源工業(yè)中最為關(guān)鍵的部件之一。其中以厚板和厚壁管道的應(yīng)用最為廣泛,其一旦失效往往造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。超聲無損檢測技術(shù)在該類結(jié)構(gòu)的健康狀況評估中表現(xiàn)出了巨大的潛力,因此深入研究厚壁結(jié)構(gòu)中超聲波的傳播特性及其無損檢測應(yīng)用,具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程實(shí)用價(jià)值。本文根據(jù)厚壁結(jié)構(gòu)邊界的復(fù)雜程度,由簡單到復(fù)雜,系統(tǒng)地研究了平面半無限域、厚板、厚壁管道及雙層厚壁管道中超聲波的傳播特性,為厚壁結(jié)構(gòu)的超聲無損檢測提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。按照本文章節(jié)的順序,主要研究內(nèi)容包括:(1)建立了無限域中線載荷下波傳播的彈性動力學(xué)模型,并將該問題轉(zhuǎn)換為半無限域的平面應(yīng)變問題,引入Cagniard-de Hoop法簡化了求解過程,求得了瞬態(tài)位移解析解,得到了脈沖函數(shù)和調(diào)制函數(shù)載荷下的瞬態(tài)位移。(2)提出了一種基于半無限域中瞬態(tài)波位移解析解的線性相控陣聲場指向性表征方法。計(jì)算了多個(gè)陣元在調(diào)制函數(shù)載荷下的瞬態(tài)位移,確定了聲場指向性函數(shù),并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,二者的總體變化趨勢相吻合。進(jìn)一步研究了陣列參數(shù)對聲場指向性的影響,獲得了最佳陣列參數(shù)范圍。(3)提出了一...

【文章頁數(shù)】：146 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景和研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 固體中的瞬態(tài)彈性波
        1.2.2 超聲體波檢測
        1.2.3 超聲導(dǎo)波檢測
    1.3 目前存在的問題
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 無限域中瞬態(tài)彈性波的傳播理論
    2.1 垂直線載荷下的瞬態(tài)位移
        2.1.1 邊界條件及初始條件
        2.1.2 平面應(yīng)變問題的控制方程
        2.1.3 位移解析式的推導(dǎo)
    2.2 利用Cagniard-de Hoop法求解
    2.3 調(diào)制函數(shù)載荷下瞬態(tài)位移的計(jì)算
    2.4 本章小結(jié)
第3章 基于瞬態(tài)波位移解析解的相控陣聲場計(jì)算方法研究
    3.1 表面垂直線載荷下半無限域的瞬態(tài)位移
        3.1.1 位移解析式的推導(dǎo)
        3.1.2 數(shù)值計(jì)算與有限元仿真對比
    3.2 基于瞬態(tài)波位移解析解的線陣指向性計(jì)算方法
        3.2.1 基于半無限域垂直線載荷的理論模型
        3.2.2 線陣瞬態(tài)位移的計(jì)算
        3.2.3 聲場指向性的表征
    3.3 超聲相控陣瞬態(tài)波位移場測量實(shí)驗(yàn)研究
        3.3.1 瞬態(tài)波位移場測量系統(tǒng)
        3.3.2 聲束偏轉(zhuǎn)不同角度時(shí)的縱波指向性
        3.3.3 聲場半徑變化時(shí)的縱波指向性
    3.4 線陣參數(shù)對聲束的影響
        3.4.1 波長
        3.4.2 陣列寬度
        3.4.3 陣元寬度/陣元間距
        3.4.4 聲場半徑
    3.5 本章小結(jié)
第4章 厚板超聲波瞬態(tài)位移及其Lamb波應(yīng)用研究
    4.1 單位階躍函數(shù)點(diǎn)載荷下的瞬態(tài)位移
        4.1.1 廣義射線理論求解位移解析解
        4.1.2 表面垂直點(diǎn)載荷下的瞬態(tài)位移計(jì)算
    4.2 調(diào)制函數(shù)點(diǎn)載荷下瞬態(tài)位移的計(jì)算方法
        4.2.1 單位階躍函數(shù)響應(yīng)位移疊加法
        4.2.2 數(shù)值計(jì)算及有限元仿真對比
    4.3 點(diǎn)載荷下厚板超聲波點(diǎn)瞬態(tài)位移的實(shí)驗(yàn)研究
        4.3.1 基于非接觸全光學(xué)檢測裝置的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
        4.3.2 不同傳播距離下的瞬態(tài)位移
        4.3.3 不同載荷信號下的瞬態(tài)位移
    4.4 垂直點(diǎn)載荷下厚板Lamb波的傳播特性
        4.4.1 垂直點(diǎn)載荷下的Lamb波模態(tài)
        4.4.2 頻率對Lamb波波形的影響
        4.4.3 A₀模態(tài)相速度的計(jì)算
    4.5 平板和管道中Lamb波的相似性研究
        4.5.1 A₀與C-A₀模態(tài)
        4.5.2 S₀與C-S₀模態(tài)
    4.6 本章小結(jié)
第5章 厚壁管道周向Lamb波窄聲束陣列傳感器研制
    5.1 激勵模態(tài)研究
    5.2 聲場的仿真優(yōu)化
        5.2.1 有限元仿真模型
        5.2.2 聲場優(yōu)化結(jié)果
    5.3 傳感器制作
    5.4 窄聲束陣列傳感器的聲場測量實(shí)驗(yàn)
    5.5 本章小結(jié)
第6章 厚壁管道附著物超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)研究
    6.1 管道-附著物雙層結(jié)構(gòu)模型
    6.2 縱向模態(tài)在雙層管道中的傳播特性
    6.3 含內(nèi)壁附著物管道的群速度測量實(shí)驗(yàn)研究
        6.3.1 內(nèi)壁均勻附著層的制作
        6.3.2 群速度測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
        6.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄
攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝



本文編號：3738475