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力磁作用下磁致伸缩导波传播特性生

收藏本文 2024-03-10 点赞:31395 浏览:144703 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:基于磁致伸缩效应的管道导波检测技术是管道检测技术的新兴和前沿探讨进展方向。然而,由于受到管道在加工和成型历程中产生的残余应力、管内流体介质压力以及管道裂纹处应力集中等的影响,使得传感器的识别能力和定位精度不高。为此,本学位论文重点探讨外加应力、外加磁场对磁致伸缩导波传播特性的影响联系以及不同应力、裂纹作用下管道中导波的散射特性,为提升磁致伸缩导波检测系统精度提供论述支持。首先,以宏观热力学角度,推导了磁致伸缩材料的非线性本构模型。在此模型基础上,首先推导了应力和磁致伸缩应变之间的联系,其次推导出了应力和材料杨氏模量的论述模型。结合管道的杨氏模量对磁致伸缩导波频散特性的影响,讨论应力和磁致伸缩导波频散特性之间的动态联系。数值浅析表明,应力对纵向模态和扭转模态导波群速度影响较大。其中,L(0,2)、 L(0,3)、T(0,2)和T(0,3)模态导波的截止频率随应力的增大而增大,而给定激励频率的L(0,1)和L(0,2)纵向模态导波,其波包宽度随应力增大而增大。其次,基于上面陈述的磁致伸缩材料的非线性本构模型,首先推导出了外加磁场和磁致伸缩应变之间的联系以及偏置磁场与压磁系数之间的联系,在此基础上,建立偏置磁场和磁致伸缩材料介质杨氏模量的论述模型。并对不同偏置磁场作用下的导波频散特性进行数值模拟。结果表明,偏置磁场对纵向模态和扭转模态导波群速度影响较大。其中,L(0,2)、L(0,3)、T(0,2)和T(0,3)模态的截止频率随偏置磁场的增大而增大,而给定激励频率的L(0,1)和L(0,2)纵向模态导波,其波包宽度随偏置磁场增大而增大。最后,利用有限元中的瞬态动力学策略和位移-磁致伸缩伸缩力模型,仿真浅析应力作用下L(0,2)、T(0,1)导波与管道裂纹的作用联系。通过在模型上建立典型通透性纵向和周向裂纹,并在裂纹处的节点上施加局部应力,来模拟管道受力后的应力集中现象。实验结果表明,L(0,2)模态导波对周向裂纹相对敏感。无应力作用时,L(0,2)模态导波的反射率与周向缺陷长度呈线性递增联系;而外加应力作用下,其反射率与周向缺陷长度不再呈线性联系变化,且导波反射率随着应力的增大而减小,尤其体现在周长裂纹的长度占周长的1/4处。T(0,1)模态导波对纵向裂纹相对敏感。无应力作用时,T(0,1)导波反射率与纵向裂纹长度占波长之比的联系呈M型;而局部应力对不同长度缺陷的反射率影响程度各不相同,其中纵向裂纹长度为波长的30%与80%时,局部应力对缺陷的反射率影响相对较大,对应缺陷的反射率随着应力的增大而减少。总体上讲,局部应力对T(0,1)导波检测纵向缺陷的反射率影响相对较小。关键词:磁致伸缩论文导波论文频散特性论文散射特性论文应力论文

    摘要5-7

    Abstract7-11

    第1章 绪论11-16

    1.1 课题概述11-12

    1.1.1 课题来源11

    1.1.2 课题探讨背景及作用11-12

    1.2 国内外探讨近况12-14

    1.2.1 磁致伸缩导波论述与实验探讨12-14

    1.2.2 管道中的导波传播特性探讨14

    1.3 本学位论文的工作和章节安排14-16

    第2章 管道中导波的传播特性16-26

    2.1 导波的基本概念16

    2.2 管道中导波的频散特性16-22

    2.2.1 群速度和相速度16-17

    2.2.2 管道中导波频散方程的推导17-20

    2.2.3 管道中导波频散方程的数值解20-22

    2.3 管道中导波的散射特性22-24

    2.4 本章小节24-26

    第3章 应力对磁致伸缩导波频散特性的影响26-41

    3.1 磁致伸缩导波检测技术26-28

    3.1.1 磁致伸缩导波26-27

    3.1.2 磁致伸缩导波激励和接收27-28

    3.2 应力对磁致伸缩效应的影响28-34

    3.2.1 磁致伸缩效应本构模型28-32

    3.2.2 应力对磁致伸缩应变的影响32-33

    3.2.3 应力对介质弹性模量的影响33-34

    3.4 应力对导波频散曲线的影响34-37

    3.4.1 应力对导波频散特性的影响机制34-35

    3.4.2 应力对纵向模态导波群速度的影响35-36

    3.4.3 应力对扭转模态导波群速度的影响36-37

    3.5 应力对导波频散特性的影响37-39

    3.5.1 导波频散大小的描述37-38

    3.5.2 应力对波包宽度增量的影响38-39

    3.6 本章小结39-41

    第4章 外加磁场对磁致伸缩导波频散特性的影响41-49

    4.1 外加磁场在导波检测中的作用41-42

    4.2 外加磁场对磁致伸缩效应的影响42-44

    4.2.1 外加磁场对磁致伸缩应变的影响42

    4.2.2 偏置磁场对压磁系数的影响42-43

    4.2.3 偏置磁场对介质弹性模量的影响43-44

    4.3 偏置磁场对导波频散曲线的影响44-46

    4.3.1 偏置磁场对纵向模态导波群速度的影响45-46

    4.3.2 偏置磁场对扭转模态导波群速度的影响46

    4.4 偏置磁场对导波频散大小的影响46-47

    4.5 本章小结47-49

    第5章 应力作用下管道缺陷导波检测数值模拟49-66

    5.1 管道导波检测的有限元数值模拟策略49-50

    5.2 管道导波检测有限元数值模拟的步骤50-58

    5.2.1 构建有限元模型51-55

    5.2.2 规定边界条件和初始条件55

    5.2.3 施加时间历程载荷并求解55-58

    5.3 应力对纵向导波检测周向缺陷的影响联系58-61

    5.4 应力对扭转导波检测纵向缺陷的影响联系61-65

    5.5 本章小结65-66

    第6章 总结和展望66-68

    6.1 全文总结66-67

    6.2 探讨展望67-68

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