利用壓電超聲導波時間反轉法的管道結構裂紋監(jiān)測研究

第1章 緒論 001
1.1 研究背景及意義 002
1.2 研究歷史和現(xiàn)狀 004
1.2.1 國外研究歷史和現(xiàn)狀 004
1.2.2　國內研究歷史和現(xiàn)狀 007
1.3 基于壓電材料的結構健康監(jiān)測 009
1.3.1　基于壓電材料的被動監(jiān)測 009
1.3.2　基于壓電材料的主動監(jiān)測 010
1.4 主要研究內容及特色 011
1.5 本章小結 013

第2章 壓電效應與超聲導波的基本理論 014
2.1 壓電材料基本性能 015
2.1.1　壓電材料與壓電效應 015
2.1.2　壓電作動器與傳感器 017
2.2 超聲導波的基本概念與分類 018
2.3 群速度和相速度 019
2.4 導波的多模態(tài)和頻散現(xiàn)象 021
2.5 周向導波 023
2.6 柱面導波 026
2.7 空心圓管中導波模態(tài)分析 032
2.7.1　L模態(tài) 033
2.7.2 T模態(tài) 035
2.7.3　F模態(tài) 037
2.8 本章小結 040

第3章 壓電超聲導波時間反轉基本理論及試驗驗證 041
3.1 概述 042
3.2 時間反轉產(chǎn)生的技術背景 043
3.2.1　時間反轉鏡技術在超聲領域中的發(fā)展 043
3.2.2　固體中的時間反轉技術及研究現(xiàn)狀 044
3.3 超聲導波時間反轉聚焦分析 045
3.3.1　單個作動器/傳感器的超聲導波時間反轉過程 045
3.3.2　多個傳感器的超聲導波時間反轉聚焦過程 047
3.4 時間反轉法在板中試驗驗證 049
3.4.1　單個壓電作動器/傳感器對超聲導波的時間反轉聚焦試驗及結果 051
3.4.2　多個壓電作動器/傳感器對超聲導波的時反聚焦試驗及結果 053
3.5 本章小結 056

第4章 管道結構壓電超聲導波裂紋監(jiān)測數(shù)值模擬 057
4.1 有限元數(shù)值模型 058
4.1.1　單元選取 058
4.1.2　模型建立 059
4.2 超聲導波管道裂紋監(jiān)測中激勵頻率和模態(tài)選擇 060
4.2.1　激勵信號選取 061
4.2.2　激勵信號周期 062
4.2.3　截止頻率 064
4.3 時間反轉法的基本流程 065
4.4 全信號取點率對監(jiān)測能力的影響 066
4.5 模擬及結果分析 069
4.5.1　周向裂紋 069
4.5.2　軸向裂紋 074
4.5.3　斜向裂紋 079
4.6 本章小結 084

第5章 空心直管結構壓電超聲導波裂紋監(jiān)測試驗 086
5.1 管道結構超聲導波裂紋監(jiān)測理論 087
5.2 試驗目標與試驗系統(tǒng) 088
5.2.1　試驗目標 088
5.2.2　試驗系統(tǒng) 088
5.3 無缺陷管道超聲導波監(jiān)測試驗 089
5.4 時間反轉導波監(jiān)測試驗 093
5.4.1　時間反轉導波監(jiān)測試驗過程 093
5.4.2　含周向裂紋管道結構損傷監(jiān)測 094
5.4.3　含軸向裂紋管道結構損傷監(jiān)測 098
5.4.4　含斜向裂紋管道結構損傷監(jiān)測 103
5.5 本章小結 108

第6章 充液埋地管道結構超聲導波理論研究與裂紋監(jiān)測試驗 109
6.1 充液埋地管道結構超聲導波監(jiān)測理論 110
6.2 試驗系統(tǒng) 115
6.3 基于縱向導波的充液埋地直管斜裂紋監(jiān)測 116
6.3.1　縱向導波的頻散曲線和激勵頻率的選擇 116
6.3.2　試驗結果及分析 119
6.3.3　含不同角度斜裂紋管道結構損傷時間反轉監(jiān)測 120
6.4 基于扭轉模態(tài)導波的埋地充液直管軸向裂紋監(jiān)測 125
6.4.1　扭轉導波激勵頻率的選擇 125
6.4.2　試驗系統(tǒng) 126
6.4.3　試驗結果及分析 128
6.4.4　時間反轉結果及分析 130
6.5 基于縱向導波的彎管焊縫監(jiān)測 132
6.5.1　理論分析 132
6.5.2　試驗系統(tǒng) 134
6.5.3　試驗結果與分析 135
6.6 本章小結 139

第7章 結論與展望 140
7.1 結論 141
7.2 創(chuàng)新點摘要 143
7.3 展望 144

主要符號表 146

參考文獻 148