一、管道超声纵向导波裂纹检测数值模拟（论文文献综述）
董佳琦[1]（2021）在《基于磁致伸缩效应的锚杆锚固检测系统研究》文中研究表明随着中国经济的飞速发展,我国正在建设大量的隧道、铁路公路和水利水电等基建工程,此时对支护方法提出了更高的要求,相比于传统支护方法,锚杆锚固支护方法具有工程造价低且支护效果好等优点而被广泛应用到实际工程建设中。锚杆锚固支护效果受环境和施工技术等因素的影响,甚至严重的质量问题会造成安全事故的发生,所以准确检测判断锚杆锚固的支护情况意义非常重大。本文主要研究阵列式换能器对锚杆锚固检测效果的提升,具体工作内容如下:（1）对本课题的研究背景和意义进行论述,根据磁致伸缩导波检测原理和电磁超声换能器机理,建立了多个物理场间能量转换方程,使用MATLAB软件求解相关方程并绘制自由锚杆的导波频散曲线,为电磁超声导波检测技术的研究提供理论基础。（2）通过利用数值模拟和实验分析方法,使用COMSOL有限元仿真软件建立三维自由锚杆检测模型,对阵列式换能器偏置磁场和柔性线圈的结构参数进行研究,包括最优磁路个数和提离距离的选取,柔性线圈簇数和线圈层数的选取。相比于普通套筒式换能器对自由锚杆的质量检测,阵列式换能器有效提高换能器换能效率和缺陷检测精度。（3）针对锚固检测中超声导波发生衰减的问题,使用COMSOL有限元仿真软件建立锚杆锚固基本检测模型,利用数值模拟方法,对阵列式换能器在锚固检测中的应用进行研究,包括对锚固有效长度的检测和锚固缺陷的检测,相比于普通套筒式换能器,阵列式换能器的检测精度高,能较好显示出回波信号的关键特征,可以作为提升接收信号幅值和缺陷辨识度的措施。（4）搭建基于阵列式结构换能器的锚杆锚固质量检测实验平台,针对实验接收结果中出现信号重叠和大量噪声信号等问题,采用频率修正的同步压缩小波变换滤波算法进行降噪处理,对不同长度自由锚杆、含缺陷锚杆和含不同位置缺陷锚固进行检测,实验结果与仿真结果特征基本一致。
许漫[2]（2020）在《基于压电导波的钢制管道结构损伤识别系统的研究》文中研究表明随着我国城镇化建设的推进和绿色低碳循环发展经济体系的建立,管网系统作为我国经济建设中的重要一环,其规模也在不断扩大,这给管道系统结构健康监控带来了巨大的挑战。近年来管道故障事件的频频发生,人们也开始意识到对管道结构健康监控这一学科的研究的重要性,研制出高效、精确、广泛使用的管道结构健康监控系统已然成为管道结构健康监控课题的共同目标。管道结构损伤形式有很多,包括裂纹、划痕、开孔、腐蚀等等。不同形式的损伤需要采取不同的维护策略。目前,尽管国内外在管道结构缺陷超声导波缺陷上进行了大量的理论以及实验研究,但主要都在于对管道是否存在缺陷进行检测并进行定位,而对不同种缺陷类型进行识别并定位的研究相对较少,针对这一问题,本文将结合大数据背景下的模式识别技术与超声导波检测实验系统对不同种类管道损伤的识别与定位进行研究。本文针对钢制管道的结构损伤缺陷识别与定位问题,以外径76mm、壁厚3mm的304不锈钢管道为研究对象,搭建基于压电超声导波的损伤检测实验平台,首先通过对实验现象进行充分的研究,确立了一套实验方案。随后,结合变分模态分解降噪分解算法和基于多层感知器的深度神经网络模型实现了缺陷特征提取以及损伤的智能判别。最后,采用脉冲回波法实现了缺陷的定位。本文的具体工作及主要结论包括:（1）搭建了基于压电超声导波的损伤检测实验平台,结合导波理论充分研究了实验现象,确定了实验中激励信号的周期数、频率以及驱动器的排布方式,并据此制定了实验方案。实验结果表明,本实验平台能明显的观测到无缺陷管、20mm裂纹缺陷管以及3mm通孔缺陷管的三种检测结果均存在一定差异,且20mm裂纹缺陷管检测信号中能够明显观测到缺陷回波信号并实现缺陷定位。（2）研究了导波信号的降噪方法和特征提取方法,提出了基于变分模态分解算法的信号时域、频域特征提取方法。研究发现,变分模态分解算法相较于小波分解、经验模态分解算法能够更好的保留原始激励信号并放大化缺陷的时域和频域特征。（3）基于不同类损伤管道信号的时频特征的差异性,提出了基于多层感知器的深度神经网络结构损伤识别方法。通过模型对比实验发现,基于多层感知器的深度神经网络结构损伤识别方法在判别准确率、模型训练效率、以及模型稳定性上均优于传统的BP神经网络模型。提出了基于脉冲回波理论的损伤定位方法,结果发现,该方法的定位结果能精确到0.1米之内。
雷豁[3]（2020）在《基于超声导波的管道腐蚀检测与评价方法研究》文中提出管道运输作为国家能源运输的重要运输方式,在国民经济和社会发展方面发挥着重大作用。在管道结构长期的服役过程中,管道腐蚀是造成管线失效的重要因素之一。因此,研究有效的管道腐蚀检测与评价方法,及时准确地识别与评价管道的腐蚀情况,具有十分重要的社会意义和经济价值。本文利用压电超声导波法对管道腐蚀检测进行了研究,提出了一种基于随机介质的管道腐蚀模型和一种基于尾波能量的管道腐蚀评价方法,采用自发自收的观测方式,结合数值模拟和实验验证,证明该方法可以检测管道是否发生腐蚀以及对腐蚀程度进行定量评价。主要的研究内容和研究成果可以概括为以下几个方面:1.介绍了压电陶瓷的相关知识,论述了超声导波的相关理论。以前人研究的理论成果为依据,推导了空心圆管中导波的频散方程,分析了导波的频散和多模态现象,并绘制了不同模态下的导波频散曲线和应力、位移分布图。根据理论结果,确定利用L（0,2）模态导波用于管道的腐蚀检测,采用140k Hz的10周期调制正弦信号为激励信号。2.推导了波动方程的有限差分离散公式,论述了随机介质的相关理论及建模方法,根据管道腐蚀的特点提出并建立了基于随机介质的管道腐蚀模型,模拟了不同长度和不同深度的腐蚀管道模型,分析了不同模型下的接收波形和声场快照。模拟结果表明:在腐蚀区域处产生了明显的散射效应,从而可接收到明显的缺陷回波,随着腐蚀缺陷深度和长度的增加,缺陷回波的幅度增大、持续时间增长。3.介绍了腐蚀的分类及其几何模型,以点腐蚀的几何模型为依据,对健康管道进行了不同深度和不同长度的腐蚀缺陷加工,搭建了管道腐蚀检测的实验平台。创新性地提出了基于压电超声导波的自发自收检测方法,并对各工况下的管道进行了检测。实验结果表明:无腐蚀管道波形中可以看到明显的5周期端面反射回波,在端面反射回波之前没有缺陷回波信号;有腐蚀管道波形中可以看到明显的缺陷回波和模态转换波,其波形形态随腐蚀缺陷的变化规律与模拟结果相似。4.根据缺陷回波特点,提出了基于尾波能量的管道腐蚀评价方法,对模拟波形和实验波形分别进行了处理,得到了尾波能量的时间分布情况和尾波能量随腐蚀工况变化的归一化曲线,利用该方法可以对管道的腐蚀深度和长度进行定量评价。综上所述,本文提出了一种基于自发自收超声导波的管道腐蚀检测方法,并采用基于尾波能量的评价算法对管道腐蚀范围及程度进行定量评估。数值模拟与实验结果表明:相比于传统超声导波检测方法,该方法具有观测系统简单、评估算法计算量小、线性度高的优点,对于评价自然条件下的非均匀腐蚀具有较好的效果。研究成果对基于超声导波的管道结构健康监测具有直接推动作用,所提出的自发自收超声导波观测方式和基于尾波能量的管道腐蚀评价算法可以为其他工程结构的健康监测所借鉴,具有一定的理论意义和重要的工程价值。
张博[4]（2020）在《准晶材料结构中超声导波特性研究》文中研究说明准晶材料是一类具有长程准周期平移对称性和非晶体学旋转对称性的新型固体材料。由于其奇特的内部结构,准晶结构具有低表面能、低摩擦因数、耐磨损、高硬度、高温塑性、高热阻、耐腐蚀性等很多优异的性能,在航天航空、机械、能源、材料、化工等领域具有广泛的应用前景。由于其较高的脆性,准晶结构开发与应用的不断深入,给准晶结构的无损检测带来了新挑战。超声导波具有传播距离远、信号覆盖范围广等优势,能够快速识别结构中的裂纹、腐蚀等缺陷,在准晶结构无损检测中有广泛的应用前景。但是应用该技术的先决条件是深刻理解和掌握导波在准晶结构中的传播与衰减特性。准晶结构内部存在相互耦合的声子场和相子场,给其理论分析增加了难度。按照准晶材料波导结构由简到繁的主线,使用Legendre正交多项式方法,本文研究了声-相耦合效应对准晶结构中导波特性影响。具体研究工作如下:第一,分别基于Bak模型和弹性/流体动力学模型研究了一维六方准晶板中的波动特性,讨论了两种模型下声-相耦合效应对波动特性的影响。然后,使用Bak模型研究了一维六方准晶梯度板和层状板中的波动特性,揭示了梯度效应、层厚和层叠顺序变化等对波动特性的影响规律。研究结果表明:对于Bak模型,声-相耦合效应对声子模态有微弱的影响,对相子模态有显着的影响;对于弹性/流体动力学模型,声-相耦合效应对声子模态没有影响,仅影响不传播的相子模态。第二,基于准晶的线性电-弹性理论,研究了力-电耦合的一维六方准晶压电板、梯度（FGPQ）板和层状板中的波动特性,揭示了声-相耦合效应、压电效应等对波动特性的影响规律。研究结果表明:极化方向变化对声子模态有显着影响,准周期方向变化对相子模态的影响更为显着。第三,研究了二维六方准晶板、;力-电耦合的二维十次准晶板中的波动特性。揭示了声-相耦合效应、压电效应、梯度效应、准周期方向变化等对波动特性的影响规律。研究结果表明:准周期方向变化对Lamb波影响很显着,对SH波相子模态的影响很微弱;相子位移分量总与同方向的声子位移分量保持一致的对称性。第四,将Legendre多项式方法引入到圆柱坐标系中,研究了一维六方准晶和力-电耦合的一维六方压电准晶梯度（FGPQ）空心圆柱中的周向导波和轴向导波。研究结果表明:随着径厚比的增大,周向波和轴向波声子模态和相子模态的截止频率都减小,但是,对声子模态的影响更为显着。第五,除了板、管等一维波导结构,工程应用中还有大量的二维截面波导结构,如矩形杆,扇形截面杆等。本文首先使用双Legendre多项式方法研究了二维扇形截面的功能梯度压电压磁（FGPP）杆和轴向预应力作用下的层状杆,分析了磁电效应、预应力以及结构参数变化（径厚比和中心角）等对波动特性的影响,掌握了二维扇形截面晶体杆中的波动特性;然后,将该方法拓展到一维六方准晶扇形截面杆中的波动特性研究,分析了声-相耦合效应以及结构参数变化等对波动特性的影响。最后,基于导波的频散和多模态特性,建立了相子模态群速度与相子场弹性常数之间的映射关系,提出一种基于神经网络模型的反演方法,检测准晶结构中相子场的材料特性,并数值模拟了一维六方准晶板和空心圆柱中相子场中的弹性常数。
李赢[5]（2019）在《层状管道结构压电超声导波传播性质与损伤识别研究》文中指出管道结构在长距离液体和气体运输等领域有广泛的应用。在实际应用中,大部分管道结构是层状的。这些层状管道结构可能深埋于地下,一旦出现缺陷和损伤,不易发现,安全隐患大。管道结构健康监测（Pipeline structural health monitoring,PSHM）是一种先进的技术,可以及时发现隐患,对确保管道的安全、可靠运营具有十分重要的意义。超声导波由于传播距离远、包含信息完整、引起质点振动的声场遍及整个壁厚和无需剥离外包层直接检测等优势,成为管道结构健康监测的一个重要发展方向。本文以Navier波动方程为理论基础,采用理论分析、数值计算、试验研究和有限元分析相结合的方法,并以压电超声导波为工具,分别以在无损和损伤情况下单层管道结构、层状管道结构和覆土层状管道结构为研究对象,研究超声导波传播机理、端部反射率、能量衰减系数与损伤识别等问题,旨在提出一种层状管道结构的损伤识别和结构健康监测的基本理论与方法,并提高实际工程管道结构监测水平。主要研究内容包括以下几个方面:（1）开展超声导波在管道结构中波动性能的理论分析。首先,以Navier波动方程为基础,联立边界条件,分别建立单层管道结构、层状管道结构、覆土层状管道结构频散方程,分别进行数值求解并绘制频散曲线。其次,通过分析频散曲线的性质,选择适用于管道结构的超声导波模态和中心频率。然后,研究管道结构截面内应力分布规律。最后,提出管道结构超声导波能量衰减的基本参数:端部反射率和能量衰减系数,为后续管道结构超声导波性质分析奠定理论基础。（2）建立一个单层管道结构超声导波传播性质试验系统并进行相关试验。试验结果表明,超声导波在无损/损伤单层管道结构中的传播速度试验与理论值误差较小,进一步验证了频散曲线的正确性。传播机理与理论相符合。（3）分别建立层状管道结构、损伤层状管道结构和覆土层状管道结构超声导波传播性质试验系统并进行相关试验。试验结果表明,超声导波在层状管道结构传播速度试验值与理论值误差较小,验证了频散曲线的正确性,导波能量衰减较单层管道结构更严重。在损伤层状管道结构中,损伤相当于“二次声源”,损伤位置具有明显的损伤反射回波,获得结构能量损伤指数,为建立层状管道结构损伤识别算法提供数据基础。超声导波在覆土层状管道结构传播速度理论值与试验值稍有误差,但误差较小,与频散曲线基本符合。传播机理与理论相符合。（4）进行基于压电超声导波的单层管道结构损伤识别有限元分析。采用大型有限元软件ABAQUS建立粘贴式压电陶瓷元件（PZT）的驱动与传感多物理场实体模型,并将PZT模型与管道结构模型耦合,建立一个管道结构实体单元损伤识别有限元分析平台并进行多种工况下的有限元分析。结果表明,超声导波在单层管道结构中传播速度计算值与理论值基本相等,验证了频散曲线的正确性;另外,信号接收位置距离激发位置越远,传感信号的幅值越小、脉宽越大。与试验结果进行对比,验证了有限元分析结果的正确性。（5）进行基于压电超声导波的层状管道结构损伤识别有限元分析。同样采用大型有限元软件ABAQUS建立一个多物理场实体有限元模型,并进行多种工况下的有限元分析。首先,进行导波波动性能数值分析,结果表明,超声导波在层状管道结构传播速度计算值与理论值基本相等,与频散曲线相符;管道结构轴向传播性质与单层管道结构相似,但是接收位置距离激励位置越远,信号幅值更小、脉宽更大、端部反射率更小、能量衰减系数更大;管道结构径向传播尤其是保温层和防腐层发生了明显的透射和反射,导致严重的频散和能量衰减,波形图表现为信号脉宽增大导致信号难以识别,同时幅值降低、端部反射波不明显,频谱图表现为主频率不集中、有明显的分岔。然后,进行层状管道结构损伤识别有限元分析,结果表明,能够比较准确地定位损伤位置,损伤程度越大,损伤反射波能量越大,直接导致随后的端部反射波能量越小。与试验结果进行对比分析,有限元模拟信号的模态转换波明显、端部反射波和损伤反射波与试验结果相一致,端部反射率较试验值略大,能量衰减系数较试验值减小,说明试验超声导波的能量衰减更加严重。建立不同损伤程度的层状管道结构有限元模型,提出损伤程度与损伤指数的量化关系,建立层状管道结构损伤识别算法。该方法根据损伤指数确定层状管道结构5个损伤等级,明确提出了层状管道结构从完好到破坏的程度,并提出更换层状管道结构的建议损伤指数。最后,进行覆土层状管道结构健康监测有限元分析,结果表明,超声导波在管道结构径向传播模态转换波较多,加之脉宽增大,信号识别难度较大;超声导波在管道结构轴向传播受到覆土的影响,能量衰减严重,且能量能够从结构泄漏到覆土,但是不能从覆土传播回管道结构。
王润垚[6]（2019）在《基于电磁超声的锚杆锚固系统质量检测数值模拟分析》文中提出作为有效的加固支护手段,锚杆锚固支护被广泛应用于工程领域,由于复杂的应用环境和工程的隐蔽性,外加施工过程中的人为因素影响,导致其质量问题的存在且不易被发现,严重的可能造成重大安全事故。如何对锚杆锚固系统的内部质量状况做出快速准确判断显得极其重要。本文基于磁致伸缩纵向导波检测原理,主要应用有限元数值模拟的方法,设计适用于锚杆检测的纵向导波换能器,并对锚杆锚固质量检测进行研究,最后结合仿真来搭建实验平台,验证了本研究的正确性,主要工作内容如下:（1）介绍磁致伸缩换能器的换能机理以及纵向导波检测原理,描述了相关的换能方程和动力学方程。（2）对于锚杆锚固质量检测方面的应用,建立换能器的三维有限元模型,分析线圈结构及偏置磁场参数对检测结果的影响,优选出适用于本模型检测的设计参数。结合实际检测,实现自由锚杆的长度和缺陷检测,验证设计的正确性。（3）建立锚杆锚固的三维有限元模型,通过激励信号周期和频率的参数选择,改善锚固中的能量衰减问题,将设计的换能器用于不同质量的锚固检测中,实现锚固有效长度检测和缺陷位置判断,分析锚固密实度和锚杆锈蚀的不同缺陷程度对检测结果的影响。（4）搭建磁致伸缩导波检测平台,验证了换能器线圈和偏置磁场参数对换能效率的影响,将设计好的换能器用于自由锚杆和锚固锚杆检测中,结果与仿真表现出一致性,验证了数值模拟的正确性,仿真可用来进一步指导实验。
邵凌威[7]（2019）在《基于导波的长大型地下管道损伤识别研究》文中研究指明随着经济社会的发展,国内城市化水平日益提高,不论是工业还是民用的各种气、液输运都要求更加高效、安全的管道运输网络,但管道长期处在腐蚀、潮湿环境下,工作环境异常恶劣,极容易受到不同程度的损伤而发生泄漏,轻则造成资源浪费,重则造成人员伤亡。针对管道开展损伤识别研究,是科学建立预警机制的必然路径,对保证管道系统正常运转具有重要意义。然而传统的管道无损检测手段需要沿管道进行逐点检测,工作效率低下的同时容易发生漏检,且传统检测手段需要被测管道暴露待检部位,当管道埋置于地下时就无法进行有效检测。导波检测技术作为一种新兴的无损检测技术,因其长距离、全截面、高速检测的优点而具有良好的应用前景。目前,国内外的学者对基于导波的管道损伤识别技术进行了大量研究,取得了一定的成果,但在导波频散曲线的绘制、管道损伤程度的定量分析以及含异构管道的损伤定位等方面仍然存在一些问题亟待解决,因此基于导波技术进行有关管道损伤识别的研究工作具有重要意义。本文采用理论推导与有限元分析相结合的研究方式,从导波频散特性出发,编制了导波频散及导波结构分析程序,建立了多种损伤工况并利用回波定位原理对损伤的方位进行了识别,基于人工神经网络技术建立了管道损伤程度的量化分析模型,并且研究了异构管道的损伤识别问题。本文涉及弹性动力学、导波理论、离散数学及编程、神经网络等学科领域,通过理论及有限元分析,得到了对导波技术实用化具有参考价值的结论。本文的研究工作总结如下:1)以弹性动力学中的Navier’s方程为基础,通过理论推导建立了用以描述导波任一模态下频率-波速关系以及导波结构的频散方程。通过编制相应程序得到了有关导波频散方程的数值解并绘制了导波频散曲线,由此可以获得任一模态下导波波速的数值,从而利用回波定位原理对管道上的损伤进行定位。2)详细描述了管道导波检测所采用的有限元模型的建模过程,包括分析模块的选取、损伤模拟方法、激励设定等,通过对比由数值方法得到的导波波速与有限元模型中得到的导波波速,验证了相关建模过程的合理性,为进一步研究损伤定位方法及损伤程度的量化分析提供了基础。3)基于所验证的建模方法,建立了包含周向裂缝和轴向裂缝的管道模型,并分别研究了两种损伤条件下纵向导波和扭转导波对损伤方位的识别效果,对比分析了位移、加速度和应变回波信号在损伤识别性能上的优劣;建立了包含不同损伤方位、损伤几何尺寸共18种工况下的管道模型,并以此研究了损伤方位及损伤几何尺寸对损伤检测效果的影响。4)建立了具有不同损伤程度的管道有限元模型,在导波位移回波信号的基础上构造了用于进行管道损伤程度识别的损伤指标位移回波包络;建立了基于BP训练算法的神经网络并对所建立的损伤管道进行了损伤程度识别,结果表明位移回波包络作为神经网络的输入参数能够有效指示管道损伤的程度。5)采集了纵向导波和扭转导波两种模态下的回波信号并在其中加入噪声,对比分析了不同的噪声水平对导波损伤定位能力的影响;基于小波理论建立了有效的除噪方法并对比了硬阀值法和软阀值法两种方法的除噪效果。6)建立了弯管异构管道模型并研究了弯管对导波回波强度的影响,通过建立包括不同弯曲角度以及具有不同几何尺寸裂缝的弯管共16种工况,综合讨论了弯管角度以及裂缝尺寸对损伤定位的影响。建立了含接口的异构管道模型,研究了接口对于导波损伤定位能力的影响。通过将附属构件进行一定的简化,建立了含附属构件的异构管道模型,并在有历史检测数据以及无历史检测数据两种情况下分别讨论了管道损伤的识别策略。本文的创新之处在于:1)以Navier’s方程为基础,建立了描述导波频率与波速关系的频散方程并编制了相应的求解程序,通过该程序能够确定任意指定模态导波波速,从而对损伤的方位进行识别;基于奇异值分解法建立了各模态下导波结构的求解方法,从而为导波模态的选择提供了依据。2)在传统单点位位移回波信号的基础上,提出了基于多点位位移回波信号的损伤指标,将该指标作为神经网络的输入参量,能够对管道的损伤程度进行识别,并且结果具有更高的精度和稳定性。
邢燕好[8]（2019）在《电磁超声管道螺旋导波传播机理及检测研究》文中研究说明压力管道广泛应用于石油化工、电站、军工等能源行业领域,因其工作环境极为恶劣,长期工作在高温、高压、易腐蚀等环境下,受各种外力作用或自身制造工艺原因致使裂纹产生不可避免,进而影响管道的安全运行。因此,管道裂纹检测对管道安全评价具有重要意义。根据裂纹的走向角度,管道裂纹可以分为轴向裂纹、周向裂纹和斜向裂纹。裂纹检测有超声导波、漏磁、弹性波等多种技术方法,其中超声导波法是裂纹检测的主要技术之一。目前,国内外管道裂纹检测超声导波法主要采用周向导波和轴向导波,分别实现轴向、周向裂纹检测。在进行管道检测过程中,超声波遇到斜裂纹缺陷时,反射超声波主声束的传播方向不再沿管道的轴向和周向,而沿管道的螺旋方向传播,即为管道螺旋导波。受超声波声场指向性的制约,轴向和周向探头无法较好接收到主声束沿着螺旋方向传播的超声导波。论文针对螺旋导波技术进行管道裂纹检测的问题,开展了理论、仿真、设计、实验等大量的研究工作,取得了部分新颖性的研究成果。论文对螺旋超声导波进行了数理描述,推导了螺旋导波主声束的传播方程。针对螺旋导波接收的技术难点,论文研究了管道螺旋超声导波的理论基础,通过对固体形变时体元的应力和应变分析,结合固体介质的弹性性质和弹性系数,描述了各向同性固体介质的声波方程;通过对管道中周向导波和轴向导波理论研究,结合扭转波的理论基础,对管道螺旋超声导波进行了数学描述;通过对其柱坐标系下的三维管道柱面展开成二维平面,进行了管道平面解析分析,推导了平面内螺旋波检测周向缺陷、轴向缺陷、一般斜向缺陷时的传播方程,包含发射波、反射波等螺旋波的声束主轴线的传播方程。提出了超声导波多模态分析的螺旋导波的分析方法。论文研究了电磁超声换能器导波传播方向分析和三维管道中电磁超声螺旋导波传播方向控制理论。论文在管道螺旋超声导波理论研究的基础上,详述了非接触式电磁超声的换能原理,并对电磁超声换能器的电磁学理论基础和机械力理论基础进行了阐述。非铁磁性材料中,电磁超声换能机理为洛伦兹力机理;铁磁性材料中电磁超声换能机理为磁化力机理、磁致伸缩力机理、洛伦兹力机理。论文基于毕奥-萨伐尔定律对静磁学中电流元在空间中产生的磁场分布理论,提出了电磁超声换能器导波传播方向分析模型,通过对瞬时等效通电闭合线圈产生的磁场分布进行数学计算分析,得出垂直于工作导线方向为磁场分布最大;垂直距相等时,在工作导线的中垂线方向其磁场分布最大;建立了三维管道中电磁超声螺旋导波传播方向控制模型,分析得出换能器线圈螺旋角度改变可以实现控制螺旋导波主声束的传播方向。论文研究了解析平面内电磁超声换能器的建模仿真,对电磁超声换能器的磁场、涡电流场、洛伦兹力等进行解析,设计了斜向曲折型线圈结构,并采用柔性FPC线圈设计制作了应用于管道检测的电磁超声螺旋导波换能器。本文在基于电磁超声换能器的理论分析和仿真分析基础上,提出并设计了一种电磁超声螺旋导波换能器,研究了换能器线圈夹角与螺旋导波升角的关系。当电磁超声螺旋导波换能器工作时,根据法拉第电磁感应定律,通有高频大功率激励电流的换能器线圈在钢管内部感应出沿螺旋方向的交变磁场,在永磁体的静态偏置磁场作用下,钢管表面及近表面会受力产生周期性收缩和拉伸变化,从而带动管道中质点形成高频振动,该高频振动沿着管道的螺旋方向以超声波的形式传播出去,形成了电磁超声螺旋导波。本文针对电磁超声管道螺旋导波内外检测方法和径向、轴向偏置磁场形式设计了四种应用于管道检测的电磁超声螺旋导波换能器。论文针对设计的能产生和接收螺旋导波的电磁超声换能器,进行了螺旋超声导波的传播功能验证实验和螺旋波的声场指向性实验等,实验研究了电磁超声管道螺旋导波的传播机理。论文针对样管上的周向槽缺陷进行了检测对比实验,当电磁超声螺旋导波换能器的激励线圈斜率变化时,不同的升角的螺旋导波接收回波时间不同;对分布在周向不同时钟位置的周向槽均能接收到回波,验证了螺旋导波电磁超声换能器的正确性。研究结果表明,螺旋导波可用于管道裂纹检测;电磁超声螺旋导波换能器线圈的升角不同,可以产生和接收不同升角的螺旋导波;螺旋导波的升角越大,螺旋导波速度沿轴向传播越快;螺旋导波的升角越小,螺旋导波速度沿轴向传播越慢,多模态导波的分离越清晰;小角度升角参数的螺旋导波具有回波多模态分析的显微镜功能。论文研究了电磁超声螺旋导波管道检测的轴向定位与缺陷斜向角计算方法。针对管道周向、轴向缺陷及斜向缺陷检测的设计目标,论文提出了两种电磁超声管道检测系统方案设计,利用回波信号的动、静态回波时间参数、幅值参数及收、发换能器线圈升角参数和管道参数等,推导了管道轴向定位坐标的计算方程。回波信号的动、静态回波时间值、幅值等是缺陷检测轴向定位的关键参数。论文通过对螺旋导波的理论计算、电磁超声换能器建模仿真、实验验证了管道螺旋导波的传播和管道周向和轴向缺陷检测的可行性,实现了一种新颖的管道缺陷检测技术的探究。
郭洪岩[9]（2019）在《利用压电超声波的管状结构损伤识别方法研究》文中提出近20年来,管状结构（圆钢管、方形钢管等）在国内外建筑中得到了大量的应用,现如今工业厂房、航站楼、车站、会场、展览馆、仓库、体育馆及办公楼、宾馆等建筑物中得到广泛应用。由于管状结构优秀的截面特性以及加工的便利性,在国内外各大建筑结构的应用越来越多,受到广泛的欢迎。但是由于材料运输影响和其他不可预见的破坏因素,使得管状结构在运输、制作的过程中会产生无法控制的损坏。这些损伤的存在会给建筑的安全运行带来隐性的威胁。一旦发生结构性破坏,可能会发生结构变形等使原建筑无法满足使用条件,甚至会导致楼倒人亡的事故发生,将会造成大量的经济损失和人民生命安全威胁,产生破坏力极强的影响,这种影响是我们现在无法估计的。因此对管状结构在安装前及安装受力后进行检测以确定是否符合安全运行要求显得尤为重要。针对常规检测方法无法对管状结构进行全面检测的缺点,一种新的无损检测方法——利用压电陶瓷的超声导波检测方法被发展起来，并受到广泛关注。压电陶瓷（PZT）是一种具有传感和驱动双重功能的智能材料,在结构损伤识别和健康监测方面有首广泛的应用。本文在试验研究部分选用压电陶瓷元件作为管中导波的激发和接收装置。木文主要在以下几个方面进行了理论及实验研究:（1）本文梳理了国内外采用超声导波进行结构健康检测的进程、现状和发展趋式分析。对超声导波的激励元件的选择和发展做了仔细的研究,梳理了压电材料的种类和优点,压电材料的工作原理分析。深入研究了压电陶瓷的物理学指标,分析了压电陶瓷的驱动机理,详细介绍了压电陶瓷的压电方程推导及理论依据。（2）依据导波传播理论提出导波在钢管中传播的计算公式，得到了在管状结构中导波传播产生的周向导波和柱面导波的频散方程。管状结构的三种导波模式:纵向模态（L）、扭转模态（T）和弯曲模态（F）,得到关于以上三种模态在钢管壁轴向上的三种模态的位移分布，其中L模态在管壁中的周向位移为零,T模态在管壁中的径向位移为零。（3）确定了实验的目标和研究方案。主要通过钢管结构件在初始应力为0及受载荷情况下检测和研究导波在钢管中的传播特性,实际波型的分析,为实际工程中受力状态下结构件的健康检测波型的选择及相关特性提供理论及实验依据。最后通过MATLAB对数据模型进行分析，为钢管中的导波传播提供数值理论依据。从试验结果可知,钢管在初始应力及屈服前为零,构件的受力和变形符合钢材料的一般受力特性,应力应变呈线性变化,对导波的模态基本没有影响,但构件屈服后,由到构件局部的变形加大,导波的模态同时受到影响。
孙鹏飞[10]（2015）在《电磁超声纵向模态导波管道检测机理与信号增强方法研究》文中研究表明管道作为一种物料输送、能量交换的关键部件,广泛应用于石油、石化等行业。随着经济的发展,管道数量急剧增加,由此带来的检测工作量急剧增加,如何实现管道的快速检测是无损检测领域面临的重要问题之一。电磁超声导波检测方法是一种具有非接因而近年来逐渐受到人们的关注。然而与传统的压电方式超声导波相比较,电磁超声导波仍存在检测信号信噪比较低的缺点。本学位论文围绕电磁超声纵向导波在管道外检测和内检测中遇到的难题,对电磁超声纵向导波换能机理和信号增强方法展开研究。首先从电动力学和弹性动力学的经典理论出发,推导包含洛伦兹力、磁力和磁致伸缩应变的电磁超声纵向导波控制方程,阐述同时适用于电磁超声纵向导波管道外检测和内检测的换能机理,采用数值仿真和实验研究相结合的方法研究不同方向偏置磁场作用下诸换能机理的贡献。研究表明,铁磁性管道轴向偏置磁场作用下,偏置磁场方向较为单一,磁致伸缩效应占据主导地位；铁磁性管道径向偏置磁场作用下,偏置磁场方向随空间变化,发现磁致伸缩效应在换能过程中的作用不能忽略,为后续纵向导波检测信号增强研究提供指导作用。针对轴向偏置磁场作用下铁磁性管道外检测的激励过程,分析已有磁致伸缩激励传感器磁场作用区域对检测信号的影响,提出一种带有屏蔽环的新型传感器结构,可有效控制激励磁场作用区域,进而增强磁致伸缩导波检测信号,实验仿真结果证明该增强方法的有效性,并对其影响因素进行分析。针对轴向偏置磁场作用下铁磁性管道外检测的接收过程,推导感应磁场磁矢位的一般表达式,分析磁矢位的空间分布特性,根据感应磁场磁矢位与接收线圈感应电动势之间的关系式,提出接收线圈的设计准则,基于该准则合理设计接收线圈宽度和段数。与传统的三段式接收线圈相比,优化后线圈可提升检测信号信噪比10%～40%。针对超声导波换热管内检测遇到的难题,提出一种基于开放磁路的电磁超声纵向导波检测方法,并分别研究不同材料换热管的检测机理,得到适用于非铁磁性换热管检测的模态控制方法,以及适用于铁磁性换热管检测的基于斜向偏置磁场的信号增强方法。最后研制出换热管电磁超声纵向模态导波检测传感器,现场试验初步应用证明该技术的可行性,为换热管内检测提供了一种新手段。本论文的研究工作丰富了电磁超声导波管道检测的相关研究,也为国家标准《GB/T31211-2014无损检测超声导波检测总则》和《GB/T28704-2012无损检测磁致伸缩超声导波检测方法》的编制提供了重要的支持,有利于电磁超声导波技术的推广应用。
二、管道超声纵向导波裂纹检测数值模拟（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、管道超声纵向导波裂纹检测数值模拟（论文提纲范文）
（1）基于磁致伸缩效应的锚杆锚固检测系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 锚杆锚固检测技术研究现状 |
| 1.2.1 磁致伸缩导波研究现状 |
| 1.2.2 超声导波锚固检测研究现状 |
| 1.3 论文的主要内容及章节安排 |
| 第二章 磁致伸缩纵向导波检测理论 |
| 2.1 磁致伸缩导波检测原理 |
| 2.2 电磁超声换能器换能机理及控制方程 |
| 2.2.1 电磁场基本控制方程 |
| 2.2.2 永磁偏置磁场方程 |
| 2.2.3 线圈中的电磁场 |
| 2.2.4 耦合关系 |
| 2.2.5 振动动力方程 |
| 2.3 导波检测基本原理 |
| 2.3.1 导波基本概念 |
| 2.3.2 群速度和相速度 |
| 2.3.3 频散曲线的分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 阵列式磁致伸缩换能器参数设计 |
| 3.1 磁致伸缩换能器有限元建模 |
| 3.2 偏置磁场参数影响 |
| 3.2.1 磁路个数对波形的影响 |
| 3.2.2 提离距离对波形的影响 |
| 3.3 柔性线圈参数影响 |
| 3.3.1 柔性线圈结构参数选择 |
| 3.3.2 柔性线圈层数的影响 |
| 3.4 阵列式磁致伸缩换能器性能分析 |
| 3.4.1 完整锚杆的检测 |
| 3.4.2 含缺陷自由锚杆检测 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 锚杆锚固质量检测仿真分析 |
| 4.1 锚杆锚固系统有限元建模 |
| 4.2 锚杆锚固质量检测特性 |
| 4.2.1 锚固有效长度检测 |
| 4.2.2 锚固缺陷的检测 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 锚杆锚固检测实验 |
| 5.1 实验平台介绍 |
| 5.2 检测信号的降噪研究 |
| 5.2.1 同步压缩小波变换 |
| 5.2.2 仿真信号分析 |
| 5.2.3 降噪结果对比 |
| 5.3 实验验证 |
| 5.3.1 自由锚杆质量检测 |
| 5.3.2 锚杆锚固质量检测 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在校期间的研究成果及发表的学术论文 |
（2）基于压电导波的钢制管道结构损伤识别系统的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景与意义 |
| 1.2 压电导波在管道损伤检测中的研究现状 |
| 1.2.1 管道导波检测的国外研究现状 |
| 1.2.2 管道导波检测的国内研究现状 |
| 1.2.3 信号分解降噪方法 |
| 1.2.4 基于智能算法的结构损伤识别方法 |
| 1.3 论文的主要研究内容 |
| 第二章 压电导波钢制管道损伤检测技术 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 压电材料相关概念 |
| 2.2.1 压电效应 |
| 2.2.2 压电材料 |
| 2.2.3 压电方程 |
| 2.2.4 压电材料的主要性能参数 |
| 2.3 管道内超声导波传播特性 |
| 2.3.1 管道内超声导波的群速度与相速度 |
| 2.3.2 超声导波在管道中的频散特性 |
| 2.3.3 超声导波在管道中的多模态特性 |
| 2.3.4 实验管道超声导波频散曲线模拟 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 压电导波钢制管道损伤检测系统设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 压电导波钢制管道损伤检测系统框架 |
| 3.3 钢制管道损伤检测硬件系统的设计 |
| 3.3.1 压电传感器 |
| 3.3.2 函数发生器 |
| 3.3.3 功率放大器 |
| 3.3.4 数字示波器 |
| 3.3.5 数据采集卡 |
| 3.4 损伤识别数据采集系统设计 |
| 3.4.1 LABVIEW概述 |
| 3.4.2 数据采集及存储程序设计 |
| 3.4.3 信号观测系统设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 管道损伤检测信号分析和损伤类型识别方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 损伤特征提取方法 |
| 4.2.1 原始信号降噪处理 |
| 4.2.2 特征提取与特征向量构建 |
| 4.3 损伤类型识别方法 |
| 4.3.1 基于BP神经网络的损伤判别模型 |
| 4.3.2 基于深度神经网络的损伤判别器 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 压电导波钢制管道损伤检测系统的实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验环境介绍 |
| 5.2.1 激励信号端的布置 |
| 5.2.2 激励信号的设计 |
| 5.2.3 信号接收端的布置 |
| 5.2.4 待测管道设计 |
| 5.3 实验方案设计 |
| 5.3.1 实验目的 |
| 5.3.2 实验场景 |
| 5.3.3 实验过程 |
| 5.3.4 激励信号特性确定 |
| 5.3.5 传感器布置方式的确定 |
| 5.4 实验结果分析 |
| 5.4.1 不同类型损伤的信号对比 |
| 5.4.2 不同损伤的特征对比 |
| 5.4.3 不同管道结构损伤判别器判别效果对比 |
| 5.5 缺陷的定位结果 |
| 5.5.1 脉冲回波法缺陷定位理论 |
| 5.5.2 缺陷定位结果 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 1 作者简历 |
| 2 硕士学位期间发表的学术论文 |
| 3 发明专利 |
| 学位论文数据集 |
（3）基于超声导波的管道腐蚀检测与评价方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外发展研究现状 |
| 1.2.1 管道无损检测技术研究现状 |
| 1.2.2 管道超声导波技术研究现状 |
| 1.2.3 基于压电材料的结构健康监测 |
| 1.3 本文主要研究工作 |
| 第2章 压电超声导波的相关理论 |
| 2.1 压电材料及其性能 |
| 2.1.1 压电材料 |
| 2.1.2 压电效应 |
| 2.2 超声导波的基本理论 |
| 2.2.1 超声导波的概念与分类 |
| 2.2.2 群速度和相速度 |
| 2.2.3 导波的频散与多模态 |
| 2.3 圆管中的导波 |
| 2.3.1 柱面导波 |
| 2.3.2 空心圆管中柱面导波的模态分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 管道腐蚀检测的数值模拟 |
| 3.1 波动方程的有限差分离散 |
| 3.2 管道腐蚀模型 |
| 3.2.1 散射波与随机介质 |
| 3.2.2 二维钢管腐蚀模型 |
| 3.3 模拟结果与分析 |
| 3.3.1 轴向长度不同的腐蚀 |
| 3.3.2 径向深度不同的腐蚀 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于超声导波的管道腐蚀实验研究 |
| 4.1 实验准备 |
| 4.1.1 腐蚀缺陷的几何模型 |
| 4.1.2 管道腐蚀缺陷的加工 |
| 4.2 实验系统 |
| 4.2.1 实验平台介绍 |
| 4.2.2 激励信号的选择 |
| 4.3 实验结果与分析 |
| 4.3.1 无腐蚀管道实验 |
| 4.3.2 有腐蚀管道实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 管道腐蚀的评价方法研究 |
| 5.1 基于尾波能量的腐蚀评价方法 |
| 5.2 数值模拟结果评价 |
| 5.3 腐蚀实验结果评价 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 个人简介 |
（4）准晶材料结构中超声导波特性研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.1.1 准晶材料的基本概念 |
| 1.1.2 准晶材料的性能 |
| 1.1.3 准晶材料的应用 |
| 1.1.4 准晶材料结构中波动特性的研究目的和意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 准晶材料力学性能的国内外研究现状 |
| 1.2.2 超声导波的国内外研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 2 一维六方准晶板中的超声导波 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 一维六方准晶板中的超声导波 |
| 2.2.1 基本公式与求解 |
| 2.2.2 数值结果 |
| 2.3 功能梯度一维六方准晶板中的超声导波 |
| 2.3.1 基本公式与求解 |
| 2.3.2 数值结果 |
| 2.4 一维六方准晶层状板中的超声导波 |
| 2.4.1 基本方程与求解 |
| 2.4.2 数值结果 |
| 2.5 小结 |
| 3 一维六方压电准晶板中的超声导波 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 一维六方压电准晶板中的超声导波 |
| 3.2.1 基本方程与求解 |
| 3.2.2 数值结果 |
| 3.3 功能梯度一维六方压电准晶板中的超声导波 |
| 3.3.1 基本公式与求解 |
| 3.3.2 数值结果 |
| 3.4 一维六方压电准晶层状板中的超声导波 |
| 3.4.1 基本公式与求解 |
| 3.4.2 数值结果 |
| 3.5 小结 |
| 4 二维准晶板中的超声导波 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 二维六方准晶板中的超声导波 |
| 4.2.1 基本公式与求解 |
| 4.2.2 数值结果 |
| 4.3 功能梯度二维六方准晶板中的超声导波 |
| 4.3.1 基本公式与求解 |
| 4.3.2 数值结果 |
| 4.4 功能梯度二维十次压电准晶板中的超声导波 |
| 4.4.1 基本公式与求解 |
| 4.4.2 数值结果 |
| 4.5 小结 |
| 5 一维六方准晶空心圆柱中的超声导波 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 功能梯度一维六方准晶空心圆柱中的周向导波 |
| 5.2.1 基本公式与求解 |
| 5.2.2 数值结果 |
| 5.3 功能梯度一维六方压电准晶空心圆柱中的周向导波 |
| 5.3.1 基本公式与求解 |
| 5.3.2 数值结果 |
| 5.4 功能梯度一维六方压电准晶空心圆柱中的轴向导波 |
| 5.4.1 基本公式与求解 |
| 5.4.2 数值结果 |
| 5.5 小结 |
| 6 扇形截面杆中的超声导波 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 功能梯度压电压磁扇形截面杆中的超声导波 |
| 6.2.1 基本公式与求解 |
| 6.2.2 数值结果 |
| 6.3 轴向预应力作用下层状扇形截面杆中的超声导波 |
| 6.3.1 基本公式与求解 |
| 6.3.2 数值结果 |
| 6.4 一维六方准晶扇形截面杆中的超声导波 |
| 6.4.1 基本公式与求解 |
| 6.4.2 数值结果 |
| 6.5 小结 |
| 7 准晶材料相子场常数的检测 |
| 7.1 研究背景 |
| 7.2 一维六方准晶板中相子场弹性常数的检测 |
| 7.2.1 灵敏度分析 |
| 7.2.2 神经网络模型的设计 |
| 7.2.3 数值结果 |
| 7.3 一维六方准晶空心圆柱中相子场弹性常数的检测 |
| 7.3.1 灵敏度分析 |
| 7.3.2 神经网络模型的设计 |
| 7.3.3 数值结果 |
| 7.4 小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 主要结论 |
| 8.2 本论文的创新之处 |
| 8.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（5）层状管道结构压电超声导波传播性质与损伤识别研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外相关工作研究进展 |
| 1.2.1 压电效应及其应用 |
| 1.2.2 导波频散特性和多模态特性 |
| 1.2.3 基于波动的损伤识别算法 |
| 1.2.4 导波传播特性分析基本方法 |
| 1.2.5 典型层状管道结构的基本特点 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 1.3.1 研究目标 |
| 1.3.2 主要研究内容 |
| 1.4 本章小结 |
| 2 压电效应与超声导波的基本理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 压电材料与压电效应 |
| 2.3 压电方程和压电参数 |
| 2.3.1 压电方程 |
| 2.3.2 压电参数及其相互关系 |
| 2.3.3 PZT换能器基本性能 |
| 2.4 超声导波的基本概念和性质 |
| 2.4.1 基本概念 |
| 2.4.2 群速度和相速度 |
| 2.4.3 频散特性和多模态特性 |
| 2.4.4 模态转换特性 |
| 2.5 管道结构压电超声导波损伤识别基本方法 |
| 2.5.1 飞行时间损伤定位法 |
| 2.5.2 基于传感信号能量的损伤识别算法 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 层状管道结构导波传播特性分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 管道结构导波的频散方程 |
| 3.2.1 波动方程及其求解 |
| 3.2.2 单层管道结构的频散方程 |
| 3.2.3 导波的分类 |
| 3.2.4 层状管道结构的频散方程 |
| 3.2.5 覆土层状管道结构的频散方程 |
| 3.3 管道结构导波模态分析 |
| 3.3.1 单层管道结构导波模态分析 |
| 3.3.2 层状管道结构导波模态分析 |
| 3.3.3 覆土层状管道结构导波模态分析 |
| 3.4 基于能量因素的导波性质分析 |
| 3.4.1 能量密度传播速度 |
| 3.4.2 端部反射率分析 |
| 3.4.3 能量衰减分析 |
| 3.5 超声波在界面处的传播性质 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 单层管道结构超声导波损伤识别试验 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 单层管道结构超声导波传播性质试验 |
| 4.2.1 试验目标 |
| 4.2.2 试验装置与系统及内容 |
| 4.2.3 试验过程 |
| 4.2.4 试验结果分析与结论 |
| 4.3 单层管道结构超声导波损伤识别试验 |
| 4.3.1 试验目标 |
| 4.3.2 试验装置和系统与内容 |
| 4.3.3 试验过程 |
| 4.3.4 结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 覆土层状管道结构超声导波试验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 层状管道结构超声导波传播性质试验 |
| 5.2.1 试验目标 |
| 5.2.2 试验装置和内容及过程 |
| 5.2.3 结果与结论 |
| 5.3 层状管道结构超声导波损伤识别试验 |
| 5.3.1 试验目标 |
| 5.3.2 试验装置和试验过程 |
| 5.3.3 结果分析 |
| 5.4 覆土层状管道结构超声导波传播性质试验 |
| 5.4.1 试验目标 |
| 5.4.2 试验装置和试验过程 |
| 5.4.3 结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 利用压电超声导波的层状管道结构损伤识别有限元模拟 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 有限元分析方法和ABAQUS简介 |
| 6.3 单层管道结构导波传播性质有限元分析 |
| 6.3.1 几何性质和材料性质 |
| 6.3.2 部件集合和定义分析步 |
| 6.3.3 相互作用 |
| 6.3.4 施加荷载 |
| 6.3.5 网格划分 |
| 6.3.6 结果分析 |
| 6.4 层状管道结构导波传播性质有限元分析 |
| 6.4.1 建立模型 |
| 6.4.2 轴向传播性质分析 |
| 6.4.3 径向传播性质分析 |
| 6.5 层状管道结构损伤识别有限元分析 |
| 6.5.1 建立45°周向损伤模型 |
| 6.5.2 建立90°周向损伤模型 |
| 6.5.3 结果分析 |
| 6.6 层状管道结构损伤识别算法 |
| 6.6.1 损伤指标与损伤程度的对应关系 |
| 6.6.2 损伤指标的评估范围界定 |
| 6.7 覆土层状管道结构导波传播性质有限元分析 |
| 6.7.1 建立模型 |
| 6.7.2 结果分析 |
| 6.8 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点摘要 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（6）基于电磁超声的锚杆锚固系统质量检测数值模拟分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 锚杆检测技术研究现状 |
| 1.2.1 磁致伸缩导波研究现状 |
| 1.2.2 超声导波锚固检测研究现状 |
| 1.3 论文的主要研究内容和章节安排 |
| 第二章 磁致伸缩纵向导波检测理论 |
| 2.1 磁致伸缩导波检测原理 |
| 2.2 EMAT换能机理及控制方程 |
| 2.2.1 电磁场基本控制方程 |
| 2.2.2 永磁偏置磁场方程 |
| 2.2.3 线圈中的电磁场 |
| 2.2.4 耦合关系 |
| 2.2.5 振动动力方程 |
| 2.3 导波检测基本原理 |
| 2.3.1 导波基本概念 |
| 2.3.2 群速度与相速度 |
| 2.3.3 频散曲线的分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 用于锚杆检测的换能器参数设计 |
| 3.1 磁致伸缩换能器有限元建模 |
| 3.2 线圈结构参数选择 |
| 3.2.1 波包及宽度控制 |
| 3.2.2 线圈选择 |
| 3.3 偏置磁场参数 |
| 3.3.1 磁路对波形的影响 |
| 3.3.2 永磁个数对波形的影响 |
| 3.4 自由锚杆的质量检测与分析 |
| 3.4.1 自由锚杆检测原理 |
| 3.4.2 完整锚杆的检测 |
| 3.4.3 含缺陷自由锚杆检测 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 锚固质量检测数值模拟分析 |
| 4.1 锚杆锚固系统有限元建模 |
| 4.2 激励信号的选择 |
| 4.2.1 频率的选择 |
| 4.2.2 周期的选择 |
| 4.3 锚杆锚固质量检测 |
| 4.3.1 锚固检测与缺陷类型 |
| 4.3.2 锚固锚杆的有效长度检测 |
| 4.3.3 锚杆锈蚀对传播波形的影响 |
| 4.3.4 密实度对传播波形的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 锚杆锚固检测实验平台搭建 |
| 5.1 实验平台介绍 |
| 5.2 换能器参数对实验的影响 |
| 5.2.1 线圈结构取优 |
| 5.2.2 磁路个数优化 |
| 5.2.3 磁铁个数优化 |
| 5.3 质量检测实验验证 |
| 5.3.1 自由锚杆质量检测 |
| 5.3.2 锚杆锚固系统质量检测 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（7）基于导波的长大型地下管道损伤识别研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 管道损伤识别技术 |
| 1.3 导波技术在管道损伤识别中的研究现状 |
| 1.3.1 管道中导波频散理论研究 |
| 1.3.2 管道中导波的损伤识别特性研究 |
| 1.4 本文的研究意义及主要内容 |
| 1.4.1 研究意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第二章 管道导波的力学模型 |
| 2.1 管道导波频散分析 |
| 2.2 管道导波频散方程的数值求解 |
| 2.3 管道导波结构的数值求解 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于导波模型的直管损伤识别方法 |
| 3.1 管道导波检测的有限元模拟 |
| 3.2 管道损伤方位识别 |
| 3.2.1 回波信号的比较分析 |
| 3.2.2 裂缝的损伤方位识别策略 |
| 3.2.3 损伤识别的极限距离与极限尺寸 |
| 3.3 管道损伤程度量化 |
| 3.3.1 神经网络基本理论 |
| 3.3.2 位移回波强度与损伤程度的相关性 |
| 3.3.3 损伤指标——导波位移包络的构造方法 |
| 3.3.4 神经网络设计 |
| 3.3.5 损伤深度的识别策略 |
| 3.3.6 考虑导波衰减的损伤深度识别 |
| 3.4 直管中噪声对回波信号的影响及除噪方法 |
| 3.4.1 噪声对L(0,1)模态导波的影响 |
| 3.4.2 噪声对T(0,1)模态导波的影响 |
| 3.4.3 基于小波的导波除噪方法 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于导波模型的异构管道损伤识别方法 |
| 4.1 弯管异构管道的损伤识别研究 |
| 4.1.1 弯管异构管道未损伤时的回波特性 |
| 4.1.2 弯管异构管道损伤时的回波特性及损伤定位 |
| 4.1.3 弯管异构管道中噪声对回波信号的影响 |
| 4.1.4 弯头几何特性对损伤检测的影响 |
| 4.1.5 裂缝尺寸对检测的影响 |
| 4.2 含接口异构管道的损伤识别研究 |
| 4.2.1 含接口异构管道未损伤时的回波特性 |
| 4.2.2 含接口异构管道损伤时的回波特性及损伤定位 |
| 4.2.3 含接口异构管道中噪声对回波信号的影响 |
| 4.3 含附属构件异构管道的损伤识别研究 |
| 4.3.1 含附属构件异构管道未损伤时的回波特性 |
| 4.3.2 含附属构件异构管道损伤时的回波特性及损伤定位 |
| 4.3.3 含附属构件异构管道中噪声对回波信号的影响 |
| 4.3.4 附属构件与裂缝的识别 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 附录 |
| 参考文献 |
| 作者攻读硕士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
（8）电磁超声管道螺旋导波传播机理及检测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究目的及意义 |
| 1.1.1 课题研究目的 |
| 1.1.2 课题研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 超声导波技术研究现状 |
| 1.2.2 电磁超声检测技术研究现状 |
| 1.3 存在的问题 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第2章 管道螺旋超声导波理论研究 |
| 2.1 固体中的超声波 |
| 2.1.1 固体中的应力分析 |
| 2.1.2 固体中的应变分析 |
| 2.1.3 广义胡克定律 |
| 2.1.4 拉密常数与杨氏模量、泊松比的关系 |
| 2.1.5 固体中的声波方程 |
| 2.2 管道周向超声导波 |
| 2.3 管道轴向超声导波 |
| 2.4 管道螺旋超声导波 |
| 2.4.1 管道螺旋超声导波的理论基础 |
| 2.4.2 螺旋超声导波数学描述 |
| 2.4.3 管道中螺旋导波传播方程解析 |
| 2.4.4 管道中螺旋导波主声束传播路径计算方法 |
| 2.4.5 管道中螺旋导波多模态分析方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 电磁超声螺旋导波理论研究 |
| 3.1 电磁超声换能理论 |
| 3.1.1 电磁超声换能原理 |
| 3.1.2 电磁学理论分析 |
| 3.1.3 机械力理论分析 |
| 3.2 基于毕奥-萨伐尔定律的电磁超声传播方向理论研究 |
| 3.2.1 电磁超声传播方向分析模型 |
| 3.2.2 电磁超声传播方向控制模型 |
| 3.3 电磁超声螺旋导波理论研究 |
| 3.3.1 电磁超声螺旋导波产生机理 |
| 3.3.2 电磁超声螺旋导波分析基本理论 |
| 3.3.3 电磁超声螺旋导波换能器数学模型 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 电磁超声螺旋导波换能器仿真研究与实现 |
| 4.1 电磁超声螺旋导波换能器仿真建模与分析 |
| 4.1.1 基于MATLAB的换能器动态磁场分布仿真研究 |
| 4.1.2 解析平面内电磁超声螺旋导波换能器建模 |
| 4.1.3 解析平面内模型涡流及洛伦兹力分布仿真研究 |
| 4.2 电磁超声螺旋导波换能器研究与实现 |
| 4.2.1 电磁超声螺旋导波换能器研究 |
| 4.2.2 电磁超声螺旋导波换能器实现 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 电磁超声螺旋导波检测实验研究与数据分析 |
| 5.1 电磁超声螺旋导波管道检测实验平台 |
| 5.1.1 实验装置 |
| 5.1.2 实验样管 |
| 5.2 电磁超声管道螺旋导波的传播方向实验研究 |
| 5.2.1螺旋导波传播方向验证实验 |
| 5.2.2 传播方向实验数据分析 |
| 5.3 电磁超声管道螺旋导波声场指向性实验研究 |
| 5.3.1 声场指向性原理 |
| 5.3.2 声场指向性实验 |
| 5.3.3 声场指向性实验数据分析 |
| 5.4 电磁超声管道螺旋导波缺陷检测实验研究 |
| 5.4.1 螺旋导波管道缺陷检测实验原理与方案 |
| 5.4.2 管道周向缺陷检测实验 |
| 5.4.3 管道轴向缺陷检测实验 |
| 5.4.4 管道斜向缺陷检测实验 |
| 5.5 管道缺陷轴向定位与走向角计算方法研究 |
| 5.5.1 管道检测技术实施方案 |
| 5.5.2 缺陷检测轴向定位与角度计算方法 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（9）利用压电超声波的管状结构损伤识别方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 选题背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究进程及现状 |
| 1.2.2 国内研究进程及现状 |
| 1.3 基于压电材料的结构健康监测 |
| 1.3.1 基于压电材料的被动监测 |
| 1.3.2 基于压电材料的主动监测 |
| 1.4 主要研究内容及方法 |
| 1.5 本章小结 |
| 2 压电材材料与压电效应介绍 |
| 2.1 智能材料结构的概念及其介绍 |
| 2.2 压电材料 |
| 2.2.1 压电材料简介 |
| 2.2.2 压电材料的发展 |
| 2.2.3 压电材料的种类 |
| 2.2.4 PZT的优点 |
| 2.3 压电陶瓷材料的结构及特性 |
| 2.3.1 PZT结构 |
| 2.3.2 压电陶瓷的极化处理 |
| 2.3.3 压电效应 |
| 2.3.4 压电方程及压电常数 |
| 2.3.5 压电元件的主要性能 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 超声导波基本理论 |
| 3.1 超声导波的主要特征 |
| 3.1.1 超声导波的基本概念 |
| 3.1.2 群速度和相速度 |
| 3.2 导波的多模态和频散现象 |
| 3.3 管道结构中导波的频散方程 |
| 3.4 空心圆管中导波模态分析 |
| 3.4.1 L模态 |
| 3.4.2 T模态 |
| 3.4.3 F模态 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 管状结构超声导波传播研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 管状结构超声导波检测理论 |
| 4.3 管状结构中导波频散方程的数值计算 |
| 4.4 试验系统的建立 |
| 4.4.1 实验系统介绍 |
| 4.4.2 导波选择 |
| 4.4.3 荷载计算及加载方案 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 作者在攻读硕士学位期间获得的学术成果 |
| 致谢 |
（10）电磁超声纵向模态导波管道检测机理与信号增强方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题概述 |
| 1.2 电磁超声检测技术的研究现状与进展 |
| 1.3 论文主要内容的结构安排 |
| 2 电磁超声纵向导波管道检测换能机理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 轴向偏置磁场作用下纵向导波换能机理 |
| 2.3 斜向偏置磁场作用下纵向导波换能机理 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于激励磁场区域控制的信号增强方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 激励磁场作用区域对检测信号影响分析 |
| 3.3 基于磁场区域宽度控制的信号增强方法 |
| 3.4 影响因素分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于感应磁场空间分布的信号增强方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 感应磁场空间分布特性 |
| 4.3 接收线圈设计 |
| 4.4 缺陷检测 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于开放磁路的纵向导波检测原理与方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 开放磁路纵向导波检测原理研究 |
| 5.3 开放磁路纵向导波信号增强方法 |
| 5.4 传感器研制及现场试验 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表学术论文目录 |
| 附录2 科研成果 |
四、管道超声纵向导波裂纹检测数值模拟（论文参考文献）
- [1]基于磁致伸缩效应的锚杆锚固检测系统研究[D]. 董佳琦. 石家庄铁道大学, 2021
- [2]基于压电导波的钢制管道结构损伤识别系统的研究[D]. 许漫. 浙江工业大学, 2020(02)
- [3]基于超声导波的管道腐蚀检测与评价方法研究[D]. 雷豁. 长江大学, 2020(02)
- [4]准晶材料结构中超声导波特性研究[D]. 张博. 河南理工大学, 2020(01)
- [5]层状管道结构压电超声导波传播性质与损伤识别研究[D]. 李赢. 大连理工大学, 2019(06)
- [6]基于电磁超声的锚杆锚固系统质量检测数值模拟分析[D]. 王润垚. 石家庄铁道大学, 2019(03)
- [7]基于导波的长大型地下管道损伤识别研究[D]. 邵凌威. 东南大学, 2019(05)
- [8]电磁超声管道螺旋导波传播机理及检测研究[D]. 邢燕好. 沈阳工业大学, 2019(08)
- [9]利用压电超声波的管状结构损伤识别方法研究[D]. 郭洪岩. 沈阳建筑大学, 2019(05)
- [10]电磁超声纵向模态导波管道检测机理与信号增强方法研究[D]. 孙鹏飞. 华中科技大学, 2015(07)