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(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，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，對管道的安全性能的損傷檢測成為目前的熱點(diǎn)課題。對管道進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和診斷成為管道無損檢測技術(shù)應(yīng)用中的一個重要方面。目前用于工業(yè)管道和海洋平臺結(jié)構(gòu)等管道系統(tǒng)的無損檢測技術(shù)主要有漏磁場檢測技術(shù)、超聲檢測技術(shù)、交流磁場檢測技術(shù)、渦流檢測技術(shù)、射線檢測技術(shù)和聲發(fā)射技術(shù)等。這些常規(guī)檢測技術(shù)的特點(diǎn)是必須對被檢

2、對象進(jìn)行逐點(diǎn)掃描、檢測速度慢、效率低、費(fèi)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(jìn)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(shù)進(jìn)行管道結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷識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，討論了振動特性損傷識別的背景及現(xiàn)狀，給出了本文的主要研究內(nèi)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(yàn)測試的基本知識及管道模態(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)損傷識別指標(biāo)及剛度敏度比模態(tài)指標(biāo)，通過對梁型管道數(shù)值模與試驗(yàn)驗(yàn)證來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)損傷識別指標(biāo)僅能識別單一損傷單元，對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)損傷識別指標(biāo)識別結(jié)果很不理想，但剛度敏度比模態(tài)指標(biāo)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(chǔ)上，針對管道腐蝕災(zāi)變形成的缺陷，提出了應(yīng)變敏度比的概念，建立了應(yīng)變敏度比檢測方法。首先測得管道結(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判據(jù)。其次進(jìn)行數(shù)值模擬，驗(yàn)算該檢測判據(jù)的可行性及精度，結(jié)果表明該方法簡便實(shí)用。最后制備不同缺陷的管道，應(yīng)用應(yīng)變敏度比法檢測判斷缺陷位置，結(jié)果表明，檢測位置與實(shí)際損傷位置完全一致。通過實(shí)測和數(shù)值算例證明了只測試

5、損傷及未損傷結(jié)構(gòu)的低階模態(tài)參量，便可對管道結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yīng)用于工程實(shí)際更顯便利。 第五章提出正交條件敏度法，通過管道損傷的數(shù)值模擬對該方法進(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提供了有利的理論保障。真實(shí)管道試驗(yàn)測試也表明只需要測得結(jié)構(gòu)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(shù)指標(biāo)，對管道腐蝕損