开题报告-管道焊缝缺陷超声导波检测仿真研究.doc

选题的依据及意义 随着科学技术的进步，尤其是机械制造业的发展，管道在航空航天领域，船舶领域，汽车工业以及压力锅炉和大型化工容器等方面均有广泛的应用。和我们日常生活密切相关的城市供水系统，煤气系统更是极为庞大的管道系统。据统计，目前，全球有长达数千万公里的各类在役管道，以北美地区为例，现有的油气管道总长50万公里，仅更换%10的费用就可能达50亿美元。而经济可靠的检测技术可以大幅度减少更换的管道，延长那些虽然已经到服务期限但仍安然无恙的管道的使用期限，可以带来十分可观的经济效益。据统计，热力设备事故中锅炉占60%，其中管道破损事故占锅炉事故的65%，可见，如何防患于未然，搞好管道检测工作已成为当务之急。所以对管网进行在线检测和评估，在其发生事故之前提前预防其损伤，对保证社会生产生活以及保护人民的生命财产具有很大的实际意义。 长距离油气管道检测具有特殊性，其检测难点主要在于：检测作业距离长， 位置变化大；管道沿线障碍物多，屏蔽多，很多地方无法接触和接近；宏观目视检查受到限制，对在用设备来说，宏观目视检查十分重要，但绝大部分油气管道无法进入其内部，外部又往往被遽蔽，这就难以掌握管道全面情况，获得更多信息。 由于上述特殊性和难点，传统检测方法用于长距离油气管道检测显得不能尽如人意．受成本和效率的制约，用射线、超声波、磁粉、渗透等方法检测在用管道只能用抽查的方法，这就有可能造成缺陷漏检。长距离油气管道需要适合其特点的检测方法，而超声导波正是这样一种新的无损检测方法和技术。 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、周期都要比仿真来的高、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。 二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述） 超声导波（Ultrasonic?Guided?Wave）检测技术利用低频扭曲波（Torsinal?Wave）或纵波（Longitudinal?Wave）可对管路、管道进行长距离检测，包括对于地下埋管不开挖状态下的长距离检测。?超声导波（也称为制导波）的产生机理与薄板中的兰姆波激励机理相类似，也是由于在空间有限的介质内多次往复反射并进一步产生复杂的叠加干涉以及几何弥散形成的。但是对于管道检测，在一般管壁厚度下要产生适当的波型，则需要使用比通常超声波探伤低得多的频率，导波通常使用的频率f＜100KHz，因此导波对单个缺陷的检出灵敏度与通常使用频率在MHz级别的超声检测相比是比较低的，但是导波检测的优点是能传播20~30米长距离而衰减很小，因此可在一个位置固定脉冲回波阵列就可做大范围的检测，特别适合于检测在役管道的内外壁腐蚀以及焊缝的危险性缺陷。低频导波长距离超声检测法用于管道在役状态的快速检测，内外壁腐蚀可一次探测到，也能检出管子断面的平面状缺陷。 1、国外研究概况 早在20世纪初期，研究者们就发起了对弹性波在不同形状的有界波导中的传播特性的研究。 (1)板中的导波 Lamb波是1917年英国力学家H.Lamb按平板自由边界条件求解的波动方程时得到了特殊的波动解而发现的【1】。它是一种在厚度和激励声波波长相同数量级的声波导中(如金属薄板)由纵波和横波合成的一种应力波。在板型结构内传播的导波成为板波，当板的上下界面在力学上自由时，板波就叫Lamb波。它是一种在薄板中由于板的上下界面对的存在，声波在其中不断被反射并相互干涉，最终在厚度方向上形成驻波，而在板的延伸方向形成Lamb波的传播。Lamb波是超声无损检测最常见的一种导波形式。它在不同厚度及不同激励频率下会产生不同的传播模式。它有对称Lamb波和反对称Lamb波两种形式。前者是指薄板中质点的振动对称于板的中心面，上下两面相应质点振动水平分量相同，而垂直分量相反。后者是指质点振动不对称于板的中心面，上下面相应质点振动垂直分量相同，水平分量相反，且在薄板的中心面上，质点以横波形式振动。20世纪40年代末;美国人F.A.Firestone首先将Lamb波应用于薄板检测。几乎与此同时，，美国通用电器的D.C.Worlton提出铝和错的频散曲线的模式特征可以应用于材料无损检测【2,3】，D.C.Wolten也于1957年研究了Lamb波与板上的薄层缺陷的相互作用【4,5】，首次讨论和Lamb快速检测缺陷的可能性。J.Rayleigh【6】和H.Lamb研究了备向同性状态下的各向同性板中弹性波的传播，并推导出了该状态下的板的一RayLeigh-Lamb超越方程。俄罗斯科学家Viktorov.LA【7】于1967年研究了表面波和万Limb波的波动机理和基本物理特性厂湃出版了一本关于Raleigh波和Lamb波的专著。突破性的进展是D.F.Ball和D.Shewring在1976年成功的利