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基于应变模态分析的管道损伤识别技术研究
| 论文题名： | 基于应变模态分析的管道损伤识别技术研究 |
| 关键词： | 管道损伤识别;结构健康监测;光纤传感技术;应变模态;应变功率谱密度传递比法 |
| 摘要： | 管道是运输行业中重要的运输载体，其作为一种特殊的运输手段，可以输送石油、天然气和水资源。随着国家产业布局建立的逐渐完善，许多生活与工业用途的管道已经服役很久，因自然或人为影响而产生多种形式的损伤，如开裂、穿孔、锈蚀等。运营中的管道不稳定状态会引发严重的经济损失和安全事故。所以如何预防管道受损，及时检测出管道受损位置是一个重要的研究课题。 基于以上研究背景需求，本文致力于研究出一套可以用来识别管道损伤位置与其损伤程度大小的监测系统。本文采用光纤布拉格光栅（FiberBraggGrating，FBG）传感技术为硬件基础、结构应变模态振型为损伤识别参数来展开研究。基于应变传递理论设计了针对管道结构变形测试的两种封装FBG传感器，用于管道整体和局部范围的监测，并对其动态感知性能进行了试验论证分析。本文采用应变功率谱密度传递比法来获得管道应变模态参数，阐明了该方法的基本原理和优势，并用ANSYS有限元软件进行了数值算例验证分析。为了验证设计的FBG传感器在实际工程监测上的可靠性以及应变功率谱密度传递比法在实际运用上的可行性，本文设计了管道的正弦扫频振动与脉冲扫频振动实验，运用应变功率谱密度传递比法对封装FBG传感器输出的数据进行后处理，得到了管道的应变模态参数。最后，本文建立了一套管道损伤识别算法，用ANSYS模拟了管道八种不同损伤状态的工况，基于ANSYS计算数据设立了结构单元损伤指示参数（StructuralDamageIndicator，SDI）和损伤判定阈值，可以将管道损伤在管轴向的位置识别出来，并可以估计特定工况下受损位置的损伤程度。 通过本文的研究可以得出结论：基于FBG监测信息和应变功率谱密度传递比法的损伤识别系统，具有较好的稳定性和损伤识别精度，可以识别管道受损位置并估计损伤程度的大小。 |
| 作者： | 郭晏辛 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 王花平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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