利用壓電超聲導(dǎo)波時(shí)間反轉(zhuǎn)法的管道結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測(cè)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(guó)外研究歷史和現(xiàn)狀 004
1.2.2　國(guó)內(nèi)研究歷史和現(xiàn)狀 007
1.3 基于壓電材料的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè) 009
1.3.1　基于壓電材料的被動(dòng)監(jiān)測(cè) 009
1.3.2　基于壓電材料的主動(dòng)監(jiān)測(cè) 010
1.4 主要研究?jī)?nèi)容及特色 011
1.5 本章小結(jié) 013

第2章 壓電效應(yīng)與超聲導(dǎo)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(yīng) 015
2.1.2　壓電作動(dòng)器與傳感器 017
2.2 超聲導(dǎo)波的基本概念與分類 018
2.3 群速度和相速度 019
2.4 導(dǎo)波的多模態(tài)和頻散現(xiàn)象 021
2.5 周向?qū)Р?023
2.6 柱面導(dǎo)波 026
2.7 空心圓管中導(dǎo)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(jié) 040

第3章 壓電超聲導(dǎo)波時(shí)間反轉(zhuǎn)基本理論及試驗(yàn)驗(yàn)證 041
3.1 概述 042
3.2 時(shí)間反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的技術(shù)背景 043
3.2.1　時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡技術(shù)在超聲領(lǐng)域中的發(fā)展 043
3.2.2　固體中的時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)及研究現(xiàn)狀 044
3.3 超聲導(dǎo)波時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦分析 045
3.3.1　單個(gè)作動(dòng)器/傳感器的超聲導(dǎo)波時(shí)間反轉(zhuǎn)過程 045
3.3.2　多個(gè)傳感器的超聲導(dǎo)波時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦過程 047
3.4 時(shí)間反轉(zhuǎn)法在板中試驗(yàn)驗(yàn)證 049
3.4.1　單個(gè)壓電作動(dòng)器/傳感器對(duì)超聲導(dǎo)波的時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦試驗(yàn)及結(jié)果 051
3.4.2　多個(gè)壓電作動(dòng)器/傳感器對(duì)超聲導(dǎo)波的時(shí)反聚焦試驗(yàn)及結(jié)果 053
3.5 本章小結(jié) 056

第4章 管道結(jié)構(gòu)壓電超聲導(dǎo)波裂紋監(jiān)測(cè)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(dǎo)波管道裂紋監(jiān)測(cè)中激勵(lì)頻率和模態(tài)選擇 060
4.2.1　激勵(lì)信號(hào)選取 061
4.2.2　激勵(lì)信號(hào)周期 062
4.2.3　截止頻率 064
4.3 時(shí)間反轉(zhuǎn)法的基本流程 065
4.4 全信號(hào)取點(diǎn)率對(duì)監(jiān)測(cè)能力的影響 066
4.5 模擬及結(jié)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(jié) 084

第5章 空心直管結(jié)構(gòu)壓電超聲導(dǎo)波裂紋監(jiān)測(cè)試驗(yàn) 086
5.1 管道結(jié)構(gòu)超聲導(dǎo)波裂紋監(jiān)測(cè)理論 087
5.2 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與試驗(yàn)系統(tǒng) 088
5.2.1　試驗(yàn)?zāi)繕?biāo) 088
5.2.2　試驗(yàn)系統(tǒng) 088
5.3 無缺陷管道超聲導(dǎo)波監(jiān)測(cè)試驗(yàn) 089
5.4 時(shí)間反轉(zhuǎn)導(dǎo)波監(jiān)測(cè)試驗(yàn) 093
5.4.1　時(shí)間反轉(zhuǎn)導(dǎo)波監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過程 093
5.4.2　含周向裂紋管道結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè) 094
5.4.3　含軸向裂紋管道結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè) 098
5.4.4　含斜向裂紋管道結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè) 103
5.5 本章小結(jié) 108

第6章 充液埋地管道結(jié)構(gòu)超聲導(dǎo)波理論研究與裂紋監(jiān)測(cè)試驗(yàn) 109
6.1 充液埋地管道結(jié)構(gòu)超聲導(dǎo)波監(jiān)測(cè)理論 110
6.2 試驗(yàn)系統(tǒng) 115
6.3 基于縱向?qū)Рǖ某湟郝竦刂惫苄绷鸭y監(jiān)測(cè) 116
6.3.1　縱向?qū)Рǖ念l散曲線和激勵(lì)頻率的選擇 116
6.3.2　試驗(yàn)結(jié)果及分析 119
6.3.3　含不同角度斜裂紋管道結(jié)構(gòu)損傷時(shí)間反轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè) 120
6.4 基于扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波的埋地充液直管軸向裂紋監(jiān)測(cè) 125
6.4.1　扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波激勵(lì)頻率的選擇 125
6.4.2　試驗(yàn)系統(tǒng) 126
6.4.3　試驗(yàn)結(jié)果及分析 128
6.4.4　時(shí)間反轉(zhuǎn)結(jié)果及分析 130
6.5 基于縱向?qū)Рǖ膹澒芎缚p監(jiān)測(cè) 132
6.5.1　理論分析 132
6.5.2　試驗(yàn)系統(tǒng) 134
6.5.3　試驗(yàn)結(jié)果與分析 135
6.6 本章小結(jié) 139

第7章 結(jié)論與展望 140
7.1 結(jié)論 141
7.2 創(chuàng)新點(diǎn)摘要 143
7.3 展望 144

主要符號(hào)表 146

參考文獻(xiàn) 148