【摘 要】
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管道作为油气长距离运输的主要方式,其健康状态直接影响油气运输的安全性。在日常油气的输送过程中,管道在内部液体杂质和外部环境共同腐蚀作用下,易出现不同程度的缺陷。因此,为保证油气的输送安全,避免因油气泄露产生安全事故以及经济上的损失,研究一种用于埋地管道的无损检测方法具有重要意义。本文针对导波检测埋地管道缺陷的方法展开了研究。首先推导出导波在管道中传播的波动方程及频散方程,并绘制了频散曲线。根据频散
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管道作为油气长距离运输的主要方式,其健康状态直接影响油气运输的安全性。在日常油气的输送过程中,管道在内部液体杂质和外部环境共同腐蚀作用下,易出现不同程度的缺陷。因此,为保证油气的输送安全,避免因油气泄露产生安全事故以及经济上的损失,研究一种用于埋地管道的无损检测方法具有重要意义。本文针对导波检测埋地管道缺陷的方法展开了研究。首先推导出导波在管道中传播的波动方程及频散方程,并绘制了频散曲线。根据频散曲线可以选取无频散的T(0,1)模态导波以及速度快且易与其他模态相区分的L(0,2)模态导波来检测埋地管道。根据电磁超声换能器转换效率的影响因素优化了T(0,1)模态换能器结构,接着基于洛伦兹力机理设计了L(0,2)模态电磁超声换能器。通过有限元仿真软件模拟了L(0,2)模态换能器的激发过程,验证了设计的正确性。最后在激励频率、线圈匝数、永磁体的尺寸三个方面选取不同的参数分别进行仿真,探究影响导波激发的因素。根据仿真结果,选取合适的参数制作实验所用换能器。针对导波在埋地管道中传播时,管道周围介质种类、介质压力及含水率等可能影响导波传播,进而影响管道缺陷检测的问题,本文通过实验研究了在土壤压力增加时导波幅值的变化规律。将管道分别埋覆于砂土和泥土中,并在干、湿两种状态下分别进行实验,通过对土壤施加不同的压力,记录导波幅值变化情况,并对幅值变化规律进行分析。研究发现,无论是在砂土中还是在泥土中,随土壤压力增大,L(0,2)模态导波幅值降低程度都比T(0,1)模态小20%左右,所以选取L(0,2)模态导波进行长距离埋地管道的检测。最后,设计了一种结合小波能量密度和损伤指数的管道缺陷定位方法。并根据缺陷定位方法以及L(0,2)模态导波的传播特点,对接收换能器的结构进行改进。接着通过有限元模型和实验对缺陷定位方法的可行性进行了验证。结果表明该方法对缺陷的定位误差在1%以内,能够很好的满足埋地管道中的缺陷定位要求。
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