基于振動模態(tài)分析管道腐蝕損傷檢測方法研究.pdf

1、管道是現行的五大運輸工具之一，其在運送液體、氣體等方面具有特殊的優(yōu)勢，尤其在石油化工及天然氣等產業(yè)中具有不可替代的作用。隨著管道事故的大量增加，對管道的安全性能的損傷檢測成為目前的熱點課題。對管道進行實時監(jiān)測和診斷成為管道無損檢測技術應用中的一個重要方面。目前用于工業(yè)管道和海洋平臺結構等管道系統(tǒng)的無損檢測技術主要有漏磁場檢測技術、超聲檢測技術、交流磁場檢測技術、渦流檢測技術、射線檢測技術和聲發(fā)射技術等。這些常規(guī)檢測技術的特點是必須對被檢

2、對象進行逐點掃描、檢測速度慢、效率低、費用昂貴等。利用振動模態(tài)檢測方法能夠大量快速地對在用工業(yè)管道進行檢測，是管道檢測的一種新的研究方向。本文研究了利用振動模態(tài)參數進行管道結構的腐蝕損傷識別的定位及定量的方法。其主要內容如下： 第一章主要介紹了本研究的背景及意義，討論了振動特性損傷識別的背景及現狀，給出了本文的主要研究內容。 第二章本章主要介紹振動模型的建立及模態(tài)分析理論及模態(tài)試驗測試的基本知識及管道模態(tài)試驗步驟。

3、 第三章根據Kim和Stubbs提出的指標法，計算了幾種模態(tài)與頻率的損傷指標，即特征參數損傷識別指標及剛度敏度比模態(tài)指標，通過對梁型管道數值模與試驗驗證來判斷這幾種損傷指標的定位的有效性。數值模擬表明，特征參數損傷識別指標僅能識別單一損傷單元，對于多損傷情況該方法不能準確判斷。而剛度敏度比指標對單一及多損傷管道較理想定位。試驗驗證表明，特征參數損傷識別指標識別結果很不理想，但剛度敏度比模態(tài)指標對缺陷較大的管道能有效識別，但對于缺陷較小

4、的損傷則判斷困難。 第四章基于上模態(tài)振動分析理論基礎上，針對管道腐蝕災變形成的缺陷，提出了應變敏度比的概念，建立了應變敏度比檢測方法。首先測得管道結構的頻率及位移模態(tài)，再利用模態(tài)疊加法求出應變模態(tài)，并建立了腐蝕管道的定位檢測判據。其次進行數值模擬，驗算該檢測判據的可行性及精度，結果表明該方法簡便實用。最后制備不同缺陷的管道，應用應變敏度比法檢測判斷缺陷位置，結果表明，檢測位置與實際損傷位置完全一致。通過實測和數值算例證明了只測試

5、損傷及未損傷結構的低階模態(tài)參量，便可對管道結構進行有效的檢測，而低階參量是相對簡單易測，從而使該方法應用于工程實際更顯便利。 第五章提出正交條件敏度法，通過管道損傷的數值模擬對該方法進行驗證，結果表明該方法利用低階頻率及模態(tài)值對管道損傷能夠準確定腐蝕損傷位置及損傷程度，這為管道腐蝕損傷檢測提供了有利的理論保障。真實管道試驗測試也表明只需要測得結構的低階模態(tài)頻率和模態(tài)向量，通過模態(tài)修正及正交條件敏度法算出損傷參數指標，對管道腐蝕損