基于振動(dòng)模態(tài)分析管道腐蝕損傷檢測(cè)方法研究.pdf

1、管道是現(xiàn)行的五大運(yùn)輸工具之一，其在運(yùn)送液體、氣體等方面具有特殊的優(yōu)勢(shì)，尤其在石油化工及天然氣等產(chǎn)業(yè)中具有不可替代的作用。隨著管道事故的大量增加，對(duì)管道的安全性能的損傷檢測(cè)成為目前的熱點(diǎn)課題。對(duì)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷成為管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中的一個(gè)重要方面。目前用于工業(yè)管道和海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)等管道系統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要有漏磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)、超聲檢測(cè)技術(shù)、交流磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)、渦流檢測(cè)技術(shù)、射線檢測(cè)技術(shù)和聲發(fā)射技術(shù)等。這些常規(guī)檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)是必須對(duì)被檢

2、對(duì)象進(jìn)行逐點(diǎn)掃描、檢測(cè)速度慢、效率低、費(fèi)用昂貴等。利用振動(dòng)模態(tài)檢測(cè)方法能夠大量快速地對(duì)在用工業(yè)管道進(jìn)行檢測(cè)，是管道檢測(cè)的一種新的研究方向。本文研究了利用振動(dòng)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行管道結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷識(shí)別的定位及定量的方法。其主要內(nèi)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(dòng)特性損傷識(shí)別的背景及現(xiàn)狀，給出了本文的主要研究?jī)?nèi)容。 第二章本章主要介紹振動(dòng)模型的建立及模態(tài)分析理論及模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試的基本知識(shí)及管道模態(tài)試驗(yàn)步驟。

3、 第三章根據(jù)Kim和Stubbs提出的指標(biāo)法，計(jì)算了幾種模態(tài)與頻率的損傷指標(biāo)，即特征參數(shù)損傷識(shí)別指標(biāo)及剛度敏度比模態(tài)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)梁型管道數(shù)值模與試驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)判斷這幾種損傷指標(biāo)的定位的有效性。數(shù)值模擬表明，特征參數(shù)損傷識(shí)別指標(biāo)僅能識(shí)別單一損傷單元，對(duì)于多損傷情況該方法不能準(zhǔn)確判斷。而剛度敏度比指標(biāo)對(duì)單一及多損傷管道較理想定位。試驗(yàn)驗(yàn)證表明，特征參數(shù)損傷識(shí)別指標(biāo)識(shí)別結(jié)果很不理想，但剛度敏度比模態(tài)指標(biāo)對(duì)缺陷較大的管道能有效識(shí)別，但對(duì)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(dòng)分析理論基礎(chǔ)上，針對(duì)管道腐蝕災(zāi)變形成的缺陷，提出了應(yīng)變敏度比的概念，建立了應(yīng)變敏度比檢測(cè)方法。首先測(cè)得管道結(jié)構(gòu)的頻率及位移模態(tài)，再利用模態(tài)疊加法求出應(yīng)變模態(tài)，并建立了腐蝕管道的定位檢測(cè)判據(jù)。其次進(jìn)行數(shù)值模擬，驗(yàn)算該檢測(cè)判據(jù)的可行性及精度，結(jié)果表明該方法簡(jiǎn)便實(shí)用。最后制備不同缺陷的管道，應(yīng)用應(yīng)變敏度比法檢測(cè)判斷缺陷位置，結(jié)果表明，檢測(cè)位置與實(shí)際損傷位置完全一致。通過(guò)實(shí)測(cè)和數(shù)值算例證明了只測(cè)試

5、損傷及未損傷結(jié)構(gòu)的低階模態(tài)參量，便可對(duì)管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的檢測(cè)，而低階參量是相對(duì)簡(jiǎn)單易測(cè)，從而使該方法應(yīng)用于工程實(shí)際更顯便利。 第五章提出正交條件敏度法，通過(guò)管道損傷的數(shù)值模擬對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明該方法利用低階頻率及模態(tài)值對(duì)管道損傷能夠準(zhǔn)確定腐蝕損傷位置及損傷程度，這為管道腐蝕損傷檢測(cè)提供了有利的理論保障。真實(shí)管道試驗(yàn)測(cè)試也表明只需要測(cè)得結(jié)構(gòu)的低階模態(tài)頻率和模態(tài)向量，通過(guò)模態(tài)修正及正交條件敏度法算出損傷參數(shù)指標(biāo)，對(duì)管道腐蝕損