项目名称: 利用压电超声导波埋地(水下)叠合管道结构健康监测方法研究

项目编号: No.51278313

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 建筑科学

项目作者: 阎石

作者单位: 沈阳建筑大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 管道运输在国民经济中发挥着重要作用,具有外保护层的埋地(水下)叠合截面管道结构是最普遍采用的形式之一。所提出的基于压电超声导波的埋地叠合管道结构健康监测方法具有快速、经济、实用等特点,可用于石油、天然气、城市供水等重要领域的无损检测或长期监测。利用压电方程与集总质量法,建立了粘贴式压电陶瓷(PZT)驱动(传感)器的力学模型及给定导波模态下的激励方法;采用Navier波动方程及边界条件,分别建立埋地(水下)直线或曲线叠合管道结构的频散方程并进行数值求解,绘制了频散曲线图谱;重点研究叠合界面性态(强弱结合)、纵向曲率及外部环境对导波传播特性、频散效应、模态转换、能量损失等指标的影响;分别采用非线性有限元分析和试验验证的方法,研究了脉冲-回波信号对外部腐蚀、内部沉积和方向性裂纹等单一或多点损伤的敏感性,并建立了基于时间反转技术的无需基准信号的损伤识别算法,并利用快速成像技术搭建了计算机操作平台。

中文关键词: 层状管道结构;超声导波;结构健康监测;损伤识别算法;压电换能器

英文摘要: Transportation using pipelines as a safe and efficient tool has played an important role in national economy in China. The buried or submarine pipeline structure with the laminated cross section considering the protective layer is one of the most popular lifeline systems. Once the pipeline structure gets damages or failure during the service of life, it will bring the amount of economic losses. The proposed structural health monitoring method based on ultrasonic guided waves activated by piezoelectric ceramic patches (PZT) pasted on the surface of the pipeline structure has the properties of quick response, economical and practical value which can be used in fields of petroleum and natural gas transportation as well as city water supply for nondestructive testing and longtime structural health monitoring. Based on the piezoelectric equations and the lumped mass method, the mechanical model of surface-pasted piezoelectric ceramic transducers (such as PZT) and actuating techniques for a given mode of the ultrasonic guided waves are established in the research. Based on Navier equation for the symmetrical cylindrical pipeline buried in soil or under water, the dispersion equations for the buried or submarine laminated pipeline structures with the straight or curved line are set up and numerically solved, respective

英文关键词: layered pipeline structures;ultrasonic guided waves;structural health monitoring (SHM);damage identification algorithm;piezoelectric transducers

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