管道腐蚀缺陷超声导波检测仿真研究.pdf

1、XX 大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）题题目目：管道腐蚀缺陷超声导波检测管道腐蚀缺陷超声导波检测仿真研究仿真研究学学院：院：测试与光电工程学院测试与光电工程学院专业名称：专业名称：测控技术与仪器测控技术与仪器班级学号：班级学号：学生姓名：学生姓名：指导教师：指导教师：二二 Oxx 年年 六六月月管道腐蚀缺陷超声导波检测仿真研究管道腐蚀缺陷超声导波检测仿真研究摘要:超声导波检测主要是导波在工件中的传播特性，导波在工件中传播能量会损失，同时，传播过程遇到两种不同的声阻抗时，导波会发生反射。其工作理论是声源产生超声波投入管子，当在管子中传播并与缺陷发生作用，让其传播方向发生改变，被回收设备所接管

2、，并对它进行管理和分析。超声导波检测技术相对其他检测技术的优势。第一，其传播过程衰减很小，可传播很远的距离；第二，适合长距离管道的大范围检测；第三，对所检测的管道不用做处理，大大降低了检测成本；第四，可同时对管道外观和里面的弊端进行检测。所以，研究超声导波技术在油气管道缺陷检测中的应用具有重要意义和发展前景。通过超声导波理论对工件侵蚀进行理论性剖析，探讨导波对哪种范例的侵蚀性弊端检出灵敏度更高。并通过 ANSYS 软件对工件侵蚀举行仿真研究，进一步证明所得出的理论结果。同时仿真研究有着实验所没有的优势，它可以在实验条件不足的情况下进行研究。仿真可以在实验条件不足的情况下完成相关的研究，降低各种

3、损耗。所以在实验不太方便进行的情况下，仿真是一种不错的选择。关键词关键词：管道腐蚀；超声导波检测技术；仿真Simulation Research of ultrasonic guided wavetesting of pipeline corrosion defectsAbstract：Ultrasonic testing group if the propagation characteristics of ultrasonicguided waves in the workpiece,the guided wave propagation early artifacts energy is

4、lost,while the propagation of acoustic impedance of two different encounters thatoccur guided wave will be reflected.Its working theory is that the ultrasonic soundsource input pipe,when Guan Zizhong transmission and interact with defects,tochange its direction,was taken over by recycling equipment,

5、and management andanalysis.Theoretical analysis of pipeline corrosion by guided wave ultrasonic principle,investigate what type of guided wave corrosion defect detection sensitivity higher。First,the propagation attenuation is very small,can travel long distances and；secondly,suitable for a wide rang

6、e of long distance pipeline detection；and third,dont have to do for the detection of pipeline processing,greatly reduces the cost；Finally,you can simultaneously detect the defects in and appearance。Therefore,thestudy of ultrasonic guided wave technology in pipeline defect detection is of greatsignif

7、icance and development prospectsBy ultrasonic guided wave theory of the workpiece aggressive conducttheoretical analysis,to explore what kind of paradigm guided wave erosion on theAbuse of higher detection sensitivity.By ANSYS software simulation of theworkpiece held erosion,further proof of the the

8、oretical results obtained。While not theadvantages of simulation with experiment,it can in case of insufficient experimentalconditions was studied。The simulation can be done in case of insufficientexperimental conditions Related research,and reduce various losses.So in the case ofthe experimental inc

9、onvenient,simulation is a good choice.Key words:Pipeline Corrosion；ultrasonic guided wave detection technology；simulation目录1.引言1.1 选题的依据及意义.11.2 国内外研究现状及趋势.21.3 本课题主要研究内容.32.超声导波对不同类型管道腐蚀检测2.1 导波的概念以及传播模式.52.2 超声导波检测的传播模式.52.3 超声导波腐蚀检测原理.62.4 腐蚀类型对检测的影响.72.4.1 全面腐蚀.72.4.2 局部腐蚀.72.4.3 应力腐蚀和疲劳腐蚀.82.5

10、总结.83.ANSYSY 仿真软件操作流程3.1Ansys 软件的介绍.93.2 仿真操作过程.103.2.1 定义工作名.103.2.2 定义单元类型.103.2.3 定义材料属性、建立模型.113.2.4 划分网格.123.2.5 加载荷、求解和后处理.124.仿真结果处理4.1扭转模态导波对管道腐蚀缺陷不同类型的检测.144.2T 模态和 L 模态导波对管道腐蚀检测灵敏度.164.3本章总结.175.总结.18参考文献.错误！未定义书签。错误！未定义书签。致谢.211管道腐蚀缺陷检测超声导波检测仿真研究管道腐蚀缺陷检测超声导波检测仿真研究1.引言引言1.1 选题的依据及意义选题的依据及意

11、义管子在使用过程中产生侵蚀、蠕变、疲惫、材料损坏等多种方式，当中弊端缺陷最具严重性。尤其是在炼油、化工等领域内，由于其管道内所加介质腐蚀性强，又因为其经常处在高温、高压力等恶劣的外界环境当中，所以经常会发生管道被腐蚀的事。所以为了能更好的保障连续生产，同时避免危险事故的发生，我们应该加强对管道腐蚀的检测。此外，随着油气资源的开发，管道运输在全球范围内得到了高速发展，极大的满足了市场的需求，促使管道运输业成为能与铁路、公路、航空、水运齐头并进的五大运输业之一，对经济建设和国防工业发挥着举足轻重的作用。因为随着管道使用时间的增加、管道生成时产生的缺陷、运输介质对其进行的腐蚀危害以及人为对其产生的损

12、害，使管道事故发生的越发频繁，对人们的生命、财产和所生活的生存环境产生巨大的威胁。因此，寻找有用法子对管道举行周期性检测，和对检测出有侵蚀的管道进行修理或替换，能够减少事故的发生。超声导波检测技术因为其独有的优势得到很好的发展，和其他无损检测技术相比，其可以检测工件内很小的缺陷，且检测灵敏度高，尤其对面积类缺陷检出率高。超声导波因为其在固体中传播时沿传播方向上衰减很小，所以其不用使用逐点扫描法；同时导波也能够在充满液体或者有表面保护层的管子中传播，从而大大下降了工业管子检测的用度。ANSYS 是一款运用非常广泛的使用软件,它的功效强大，既有前、后办理功能,也有多能力求解器。而且操作简单,在核工

13、业、铁道、石油化工、等大多数一般工业得到广泛地使用。由于其功能强大，操作简单，而且有着实验方法所没有的优势变的越来越流行。然而,ANSYS 软件也会存在一些不足，尤其是在某些专业领域,例如 ansys 软件对某些弯管缺陷不能进行导波检测数值模拟。因为该软件存在上述的问题，是以不妨采纳 ANSYS 二次开发技巧，该技术可以举行管子弊端导波检测的数值模式,二次开发技术的建设，为 ANSYS 在弯管导波检测中奠定了基础,也为今后研制和开发新的软件检测技术提供了一条新的途径。相对于导波对管子侵蚀检测的试验，仿真有着试验所没有的优势。超声导波虽然检测费用低，但任然没有用仿真来检测的成本低，而且周期都要比

14、仿真来的2长。仿真可以在实验条件不足的情况下完成相关的研究，降低各种损耗。所以在实验不太方便进行的情况下，仿真是一种不错的选择。1.2 国内外研究现状及趋势国内外研究现状及趋势体波指能够在无穷波导中传输的波，而导波则是指因为波导界限的处在而孕育的波。对质点在介质中的振动方向以及波在介质中的传播方向的不同，我们可以对波进行分类，分成纵波和横波两种波形。但用波的频率对波进行分类，以人可感觉的频率为分界线，可以分为可闻声波、次声波、超声波，其中可闻声波频率在 20Hz 到 20kHz 之间，次声波低于 20Hz，高于 20kHz 的超声波。国外研究超声波对固体进行无损检测的始于二十世纪初，他们通过研

15、究波在不同传播介质中的传播特性进行导波研究。起初，研究者对无穷介质中波的传输问题进行研究，进而演变成对板中导波的传输问题的研究，最终演变为柱面上导波问题的研究。起先人们举行的主要是理论探讨，直到 60 年代人们才陆陆续续入手通过试验对其进行讨论，最近几年，检测领域内导波的使用变的越来越广泛，最突出的是对薄板和管道进行导波检测。因为导波对管道和板材检测的优越性，所以对其进行缺陷检测和性能评估越来越受欢迎。J.Rayleigh1和 H.Lamb2考虑了在自然状况下各向同性的板中的弹性波的传输特征。D.C.Gazis 首先推导出壁厚和内径比越大，空心圆柱壳的解会越接近Lamb 波的解3，之后 195

16、9 年 D.C.Gazis 又对空心圆柱体中的波在三维上的传播进行了分析，推导出两种模态(纵向拉伸波和扭转波)的理论模型4,5。接下来他们对数值进行计算，得出许多不同模态的频散曲线图和截止频率。由于先进的管子检测技术在工业生产中需要，所以出现了通过使用导波技术对管道缺陷检测进行研究。Thompson 等将 EMAT(电磁声传感器)应用于蒸汽发电机管道的裂缝检测6。M.G.Silk 和 K.F.Bainton 利用压电超声探头在蒸汽管道中激励 L(0,1)和 L(0,2)模态超声导波，并进行了裂纹检测实验，证明了利用超声导波技术对管道检测的可能性7。M.V.Brook 等由管道一端施加法向载荷激励轴向导波，对管道进行检测，证明了利用柱状导波对管道进行检测的可行性8。有趣的是 M.G.Silk 和 K.F.Bainton 通过使用 L(0,1)模式导波对管道缺陷进行检测，而 Brook 使用的却是 L(0,2)模式导波进行检测。这是因为不同的激励方法从而产生出不同的激励模式的结果。M.G.Silk 和 K.F.Bainton 是在管道内部对导波进行激励的，而 M.V.Brook 确是在管道