开题报告-管道腐蚀缺陷超声导波检测仿真研究.docVIP

选题的依据及意义 截止到2012年上半年，我国建成的油气管道总长度约9.3万千米。油气管道投入使用的后期是事故的高发期，我国油气管道己经进入老龄化，如果能够对管道进行周期性检测，对有腐蚀的管道采取加固或者更换的方法，可以有效延长管道的使用年限。 从上个世纪60年代，美国、英国等国对油气管道检测技术开启了全面研究。现在常用的管道无损检测方法有:超声波检测、射线检测、漏磁检测和涡流检测。漏磁检测方法是先将管道磁化，然后用磁传感器阵列检测管道的磁通量，再判断缺陷的腐蚀程度。超声波检测方法是利用管道内检测器的传感器阵列发射接收信号，将信号存储在系统中，根据壁厚的变化，分析信号判断缺陷的存在。但是上述两种检测方法在检测原理上是移动检测探头逐点扫描检测管道腐蚀情况，而且不能对管道实行实时监测。同时，现在的油气管道大多数都有包覆层，或者是埋地管道，这些检测方法需要在剥离包覆层将管道开挖，或者将检测器放入管道内之后才可以进行检测，这将极大地增加检测的工程量、检测费用和检测风险，并且会降低检测效率。 超声导波检测技术是近年来才发展起来的管道无损检测技术，与常规超声波技术相比较，有很多优势。第一，在构件一点激励超声导波，由于导波本身所具有的特性，它沿构件传播过程衰减很小，可以传播很远距离，最远可达几十米;第二，探头接收到的信号中包含了有关激励点和反射点间构件整体性的信息，因此，超声导波技术实际上检测的是一条线，而不是一个点，这样就克服了常规管道检测方法逐点扫描的缺点，适合长距离管道大范围的缺陷检测。第三，超声导波可以在充液、带保护层的管道中传播，在管道运行的状态下也可以进行检测。由于超声波频率较低，检测时不用祸合剂，也不用对放置探头的管道表面作特殊处理，可大大降低检测成木。第四，超声导波在管状波导中传播时，在管的内外表面和中部都有质点振动，声场遍及整个壁厚，这说明超声导波检测可同时检测管道表面缺陷和管道内部缺陷。利用超声导波检测技术进行油气管道检测时具有快速、可靠、经济且不需要剥离管道外保护层等优点，是长距离管道无损检测前沿发展方向。因此，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。 ANSYS是世界上著名的大型有限元分析软件, 具有完备的前、后处理功能, 强大的求解器以及多种方便而实用的二次开发技术, 被广泛用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造和土木工程等一般工业及科学研究。然而, 作为通用软件不免在某些专业领域中有所欠缺,如不具备直接进行弯管缺陷导波检测数值模拟的功能。针对上述问题,提出采用ANSYS提供的二次开发技术进行弯管缺陷导波检测的数值模拟,为今后ANSYS在弯管导波检测中的广泛应用奠定了良好的基础,同时也为今后研制和开发大型检测分析软件提供了一条新的途径。 相对于实地的实验，仿真具有实验所没有的优势，实验的成本比仿真来的大，周期都要比仿真来的长。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。 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述） 体波是指能够在无限波导中传播的波，而导波则是指由于波导边界的存在而产生的波。根据介质中的质点振动方向和波在介质中的传播方向是否相同，可以将波分为纵波和横波，纵波和横波以各自的传播速度向前传播而没有发生波形祸合。使用波的频率f归类并且以人的可感觉频率进行分界，可以将声波分为三类，依次为次声波(f20Hz）、可闻声波(20Hzf20kHz)和超声波(f20kHz) 。 超声导波的理论和应用在国外的研究都比较早。研究者们从二十世纪初开始对不同波导中传播的弹性波进行了理论分析，然后进行了实验验证，延伸到与实际管道接近的空心圆柱体的柱面导波的研究，最终应用到无损检测领域中。 H.Lamb[1]和J.Rayleigh[2]研究了在各向同性的板中自由状态下的弹性波的传播特性。D.C.Gazis[3]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，之后1959年D.C.Gazis[4,5]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。并通过数值计算，得到含有许多模态的频散曲线及不同模态的截止频率。M.V.Brook[6]等在管道一端施加法向载荷激励脉冲，利用激励出的轴向超声导波对管道进行检测，证明了用柱状导波对管道进行缺陷检测的可行性。M.G.Silk和K.F.Bainton[7]利用压电超声探头从热交换管道的内部激励超声导波，利用L(0,1)模式导波对管道进行检测，这是由于和M.V.Brook不同的激励方式造成的。Brook等于1990证明了轴对称纵向导波即L(0,2)模态适用于管道检测[8]。P.cawley和D.N.Anwy