基于Ansys的弯管中导波传播特性研究【优秀毕业课程设计】
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基于Ansys的弯管中导波传播特性研究【优秀毕业课程设计】,基于,ansys,弯管,导波,传播,传布,特性,研究,钻研,优秀,优良,毕业,课程设计
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中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 毕业设计开题报告 学 生 姓 名： 郭智 学 号： 12020143 名 ： 机械 工程系 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 设 计 题 目 ： 基于 件的弯管中超声导波传播 特性可视化研究 指 导 教 师 : 周进杰 2016 年 年 3 月 22 日 开题报告填写要求 1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作 前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效； 2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后 “参考文献”的书写，应按照国标 714 87文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性 ； 4 学生的“学号”要写全号（如 02011401不能只写最后 2 位或 1 位数字； 5. 有关年月日等日期 的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2016 年 3 月 15 日”或“ 2016 6. 指导教师意见和所在系意见 用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写 。 毕 业 设 计 开 题 报 告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 1 景 近几年 , 长距离管道超声导波无损检测技术取得了很大的进展 1 3 。沿管壁传播的超声导波常 用于检测直管中的腐蚀坑、裂纹等缺陷。该方法能够实现快速检测 , 并且能够用于难以接近的管道系统的检测。实际上 , 管道系统主要由直管和弯管组成。超声导波在直管中的传播特性研究相对较多 , 然而在工程应用中 , 常需要检测带有弯头的管道系统。管道的弯曲部分由于结构的变化 , 在一定程度上影响导波在管道中的传播 , 进而影响到对缺陷的检测。人们利用有限元的分析方法对超声导波在弯管中的传播进行了初步研究 ,认为当 L ( 0, 2) 模态在经过管道的弯曲部分时会产生模态转换现象 , 并且该模态穿过弯曲部分的透射系数与激励频率、弯 头曲率半径和弯头长度 有关。但利用管道超 声导波技术对弯管中不同部位缺陷检测的文献则相对较少。本文主要通过实验方法 , 利用超声导波技术检测弯管中不同部位不同类型的缺陷 , 并对多缺陷的检测进行了初步研究 , 从而为利用超声导波对工程实际中弯管的缺陷检测进行一定的探索研究。 的与意义 管道被认为是传输能量的最为安全经济的方法。然而 ,象所有的工程设备一样 ,管道也可能发生故障 ,近年来 ,有许多管道发生事故 ,引起世人关注。例如 ,1993 年委内瑞拉一条气管道发生泄漏 ,气体爆炸 , 烧死 51 人 ; 1994 年美国新泽西州的一条管道泄漏 ,造成火灾 ,致使 1 人死亡 51 人受伤。近年来还有其他一些国家如俄罗斯、巴基斯坦、加拿大和英国等国家的管道发生事故的报道 。我国的管道也曾不同程度地发生各种事故 , 据不完全统计 , 截至 1990 年 ,我国仅输油管道在近 20 年时间里 ,共发生大小事故 628 次 。天然气管道也曾多次发生事故 ,后果更为严重 ,给人民生命财产造成严重损失。特别是管道泄漏造成了严重的环境污染 ,其间接影响产生事故的可能性呈图 1 所示的关系 。由此可见 ,管道投入运行的早期 和后期 是事故的高发期 ,特别是服务后期 ,管道事故发生的可能性随着服务期限的增加急剧增加 ,而我国多数管道服务都已有 20 多年了 ,到了事故高发期 ,我们必须尽快采取有效措施 ,最大限度地减少事故的发生。 内外发展趋势 一、 国外管道检测情况 由于管道安全具有特殊的重要性 ,管道发达的西方国家早在五六十年代就开始了管道检测技术研究。 1965 年国际著名的管道检测公司 (称 B G) 第一次采用漏磁检测器对其管辖的一条直径为 600道成功地进行了内检测 。此后 ,采 用各种先进技术的新型检测器不断问世 , 特别是 80 年代末 90 年代初以来 ,计算机技术的飞速发展为研制高效新型检测设备提供了强有力的技术保证 ,检测器体积不断缩小 ,技术含量越来越高 ,检测器的效率和可靠性也有明显改进 ,它们为保证管道的安全运行、减少管道事故造成的危害和损失发挥了重大作用。 基于对安全、经济、环境等各方面因素考虑 ,各国政府对管道内检测越来越重视 ,许多国家都制定了相应的管道检测法规。例如 ,1988 年 10 月美国国会通过了管道安全再审定条例 ,要求运输部研究与专业计划管 理处 ( 制定联邦最低安全标准 ,以使所有新建及更新管道都能适应智能内检测器检测的要求 ; 加拿大标准协会已制定出管道内检测器用于危险性液体和气体管道的标准 ,加拿大国家能源委员会 1995 年打算采用这些标准 ,作为法规条例 , 强行实施管道内检测 。不仅如此 ,他们还根据管道所处的不同特殊状况 ,定期对管道实施再检测 ,及时准确把握管道状况 ,从中找出管道腐蚀的特殊规律 ,从而对管道未来状况做出科学分析预测 ,并根据管道完整体系规范对一些严重缺陷及时修复 ,真正做到防患于未然。 二、国内管道检测 现状及我们的对策 我国石油天然气管道工业自 70 年代以来有很大发展 ,据不完全统计 ,目前我国拥有各种油气长输管道近 20 000管道安全问题也越来越引起有关部门的重视。 80 年代以来 ,开始进行管道检测器的研制开发工作 ,取得了一些成果。同时 ,也陆续从国外引进了一些先进的检测设备 ,对几条原油管道成功地实施了内检测 ,取得了令人满意的检测结果。例如 , 1996 年 10 月为新疆的一条 136的 273 管道实施内检测 , 检测出 415上深的腐蚀点 213以下 的腐蚀点 307 处 , 经开挖验证 , 检测结果准确可靠 ,为管道大修提供了科学依据。尽管如此 ,我们和世界先进水平相比 还有较大差距 ,管道检测工作尚属起步阶段 ,已检测的管道数量不足管道总量的 1/ 10 ,而且尚未对任何管道进行再检测。由于各方面原因 ,某些管道经营管理者对管道检测的重要性认识不足 ,没有充分认识到管道事故的危害性。我们要加强管道检测重要性的宣传 ,政府有关部门应尽快制定管道安全检测有关法规 ,根据优选方案制定全国管道检测计划 ,力争尽快对全部管道实施内检测 ,并且定期进行管道再检测 ,建立管道检测信息数据库 ,从中找出各条管道的腐蚀规律 ,从而对管道现状及未来安全状况做出科学预测 ,采取有效措施 ,避免管道事故的发生。同时 ,还要加快智能检测器的国产化步伐 ,尽快赶上国际管道检测先进水平。 限单元法的简介 有限元方法也叫“有限单元法”或“有限元素法”，这种方法源于机构分析，有结构力学的位移法发展而来。 有限单元法的基本思想是将物体离散成有限个且按一定方式相互联结在一起的单元的结合，来模拟或逼近原来的物体，进而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题 求解的一种数值分析方法。物体被离散后，通过对其中各个单元进行单元分析，最终得到对整个物体的分析。网格划分中每一小块体称为单元。确定单元形状、单元之间相互联结的点称为节点。单元上节点处的结构内力为节点力，外力（有集中力、分布力等）为节点载荷。 有限元法的优点很多，其中最突出的优点是应用范围广。发展至今，不仅能解决静态的、平面的、最简单的杆系结构，而且还可以解决空间问题、板壳问题、结构的稳定性问题、动力学问题、弹塑性问题和粘弹性问题、疲劳和脆性断裂问题以及结构的优化设计问题。而且不论物体的结构形式和边界条件如何 复杂，也不论材料的性质和外载荷的情况如何，原则上都能应用。 管的研究现状 为了达到对管道状况有全面准确的了解 ,防止管道事故的发生 ,长期以来人们为此研究开发了许多方法和技术 ,使管道检测水平不断提高。管道检测根据检测设备所处位置不同可分为管道外检测和管道内检测两大类。所谓外检测是将检测设备放在管道外部来了解有关管道的情况 ,例如对管道的防腐层和水下埋深情况的探测 ;而内检测是指将检测器放在管道内 ,通过管道中的介质在检测器上的皮碗前后形成 的压差使之在管道中随介质运动 ,检测器将管 道情况信息采 集并存储起来 ,然后 ,利用计算机对记录到的管道信息进行分析 ,从而了解管道的状况。该方法可用于检测管道的变形、腐蚀 和缺陷等。本文主要讨论管道腐蚀内检测 ,由于该检测方法采用了先进的计算机技术 ,利用计算机程序辅助人们对采集到的信息进行分析 ,大大提高了分析的效率和可靠性 ,人们将这种检测器称为智能检测器。 早期人们采用水压试验方法对管道进行检测 ,该方法只能证明水压试验时管道哪些部分不能承受试验压力 ,它不能提供管道的详细信 息 ,并且水压试验需要停输进行 , 检测成本较大。而利用智能检测器进行检测 ,是 在不停输的情况下检测管道状况 ,不仅成本低而且可靠性高。目前常用的内检测器主要有基于超声波原理的检测器和基于漏磁原理的检测器两种。前者利用超声波直接测量管道壁厚 ,从而发现管道由于腐蚀等原因导致的壁厚变化 ; 而后者是通过检测器上的磁铁将经过的那段管道磁 化 ,磁力线在管壁中通过 , 但当管道上有缺陷时 ,该缺陷所在之处的磁通量发生泄漏。检测器根据这一原理将管道上各处磁通量泄漏情况 记录下来 ,经分析后可确定管道状况。前者的优点是准确性高 ,但要求在检测前彻底清除管壁的蜡 ;后者对管道清洁状况要求相对较低 ,比 较适合我国原油含蜡较高的特点 ; 但检测精度和超声波检测器比较相对低一些 ,且对检测管道上的轴向裂缝有一定困难。但就我国管道状 况而言 ,漏磁检测器完全满足管道检测和维修的精度要求 ,在我国具有广泛的应用前景。 参考文献 ： 1、 王秀彦 , 王智 , 焦敬品 , 等 . 超声导波在管中传播的理论分析与试验研究 . 机械工程学报 , 2004, 40 2、 吴振奎 . 世界数学名题欣赏 斐波那契数列 M . 沈阳 :辽宁教育出版社 ,1995 . 3、 李海青 . 两类广义 列的关系 J . 青海师范大学学报 (自然科学版 ) ,2002 (3) :24 - 25 4、 申传俊、王悦民、孙风瑞 海军工程大学学报， 20 卷第 3 期 毕 业 设 计 开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 研究的内容 超声导波具有传播距离远、速度快和整个壁厚可检测等优点 ,从而使它在管道无损检测应用研究中引起了人们的极大兴趣 。由于导波在钢管中传播过程的场量 (位移、速度、应变 ) 数学表达式冗长且繁杂 ,使人难以直观地了解管道中导波的传播特征 ,导波与各种缺陷相互作用也难以体 现。若能从抽象复杂的数学公式及数据中解脱出来 ,动态、直观、形象地研究导波在钢管中的传播特征以及与缺陷的相互作用 ,对于深入理解导波传播理论、导波的模态转换 ,特别是将导波理论应用于管道无损检测中有着重要意义。 有限元软件 集结构、热、声、流体以及电磁场分析等的大型通用有限元软件 ,具有多种分析能力 ,包括简单线性静态分析和复杂非线形动态分析。能求结构、流体、声和电磁场及碰撞等问题的解 。采用 件来模拟超声导波在管道中的可视化传播。 拟采用的研究手段 利用有限元方 法建立管道导波 32D 模型 ,通过在管道中激励纵向超声波 ,模拟导波在管道中的传播形态。根据回波信号的传播时间计算了纵波传播速度 ,与频散曲线得到的纵波速度符合较好。从观测点取得的波信号能够反映超声波在管道中传播时存在的反射和衰减现象 ,动画结果能够形象直观地反映导波在管道中传播的情形 ,实现了导波传播的可视化模拟。该研究有利于更好地解释导波在管道无损检测中出现的频散特征。 毕 业 设 计 开 题 报 告 指导教师意见 ： 郭智 同学收集了基于 化研究方面的相关资料，综述了国内外发展现状，阐述了课题的设计意义。所述内容条理较清楚。 郭智 同学对毕业设计任务理解清楚，根据任务书要求，参与了总体结构方案的制定，拟定了控制系统初步方案，方案基本可行，但需要进一步细化。 同意 郭智 同学按时开题。 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主任： 年 月 日 附件：参考文献格式 学术期刊 作者 论文题目 期刊名称，出版年份，卷 (期 )：页次 如果作者的人数多于 3 人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号隔开。例如： 1 李峰 ， 胡征 ， 景苏等 . 纳米粒子的控制生长和自组装研 究进展 . 无机化学学报， 2001, 17(3): 315324 2 of 2001,233:5 7 学术会议论文集 作者 论文题目 文集编者姓名 学术会议文集名称，出版地：出版者，出版年份：页次 例如： 3 司宗国，谢去病，王群 重子湮没快度关联的研究 见赵维勤，高崇寿编 第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集，北京：中国高 等科学技术中心， 1996： 105 图书 著者 书名 版本 出版地：出版者，出版年 页次 如果该书是第一版则可以略去版次。 例如： 4韩其智，孙洪洲 群论 北京：北京大学出版社， 1987 101 预印本 作者 论文题目 预印本编号（出版年份）
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