Лютак, Ігор Зіновійович
Контроль пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів акустичними методами : дис. ... д-ра техн. наук : спец. 05.11.13 "Прилади і методи контролю та визначення складу речовин" : Дата захисту 20.05.11 / І. З. Лютак. - Івано-Франківськ, 2011. - 433 с. - 289-312.
Метою роботи є підвищення точності та достовірності контролю пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів шляхом розвитку теорії методів та засобів акустичного контролю.
Для досягнення цієї мети поставлено такі задачі:
- проаналізувати практичні проблеми підвищення безпечної експлуатації магістральних трубопроводів та обґрунтувати підходи для розвитку теорії методів та засобів акустичного контролю пружних властивостей металу їх стінок для забезпечення достовірності та точності результатів контролю з урахуванням умов їх роботи;
-розробити математичні моделі опису поширення горизонтально-поляризованих та мод типу Лемба ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль, відповідне програмне забезпечення їх обчислення та на цій основі визначити дисперсні властивості фазової та групової швидкостей поширення мод цих хвиль в стінці магістральних трубопроводів; розвинути математичну модель опису поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в частотній області, програмне забезпечення її обчислення;
- розробити математичну модель ультразвукового тракту пристрою контролю ультразвуковими спрямованими хвилями пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів;
-розробити метод неруйнівного контролю дефектів у стінках магістральних трубопроводів модами ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль;
-розробити математичну модель залежності швидкості поширення мод ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль від величини напружено-деформованого стану металу трубопроводів та відповідне програмне забезпечення для її застосування;
- розробити методи контролю величини напружено-деформованого стану металу трубопроводів модами ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль;
-розробити метод контролю величини пружних констант металу магістральних трубопроводів модами ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль;
-розробити пристрій генерування та реєстрації ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в умовах експлуатації магістральних трубопроводів, що реалізує методи контролю пружних властивостей металу їх стінок ;
-розробити метод та пристрій неперервного контролю товщини стінок магістральних трубопроводів в натурних умовах їх експлуатації об'ємними ультразвуковими хвилями і математичну модель опису параметрів ультразвукового поля, утвореного переходом однорідної хвилі через нерівну геометричну форму границі розділу рідина-стінка труби, розробити програмне забезпечення обчислення параметрів луно-імпульсу за висотою акустичного контакту та його хвильовими параметрами;
- провести аналіз процесів утворення, розвитку термоакустичного явища в стінці магістрального трубопроводу та запропонувати методологію оцінювання концентрації теплового поля в околі дефекту із врахуванням фізико-механічних параметрів сталі та величини потужності акустичного поля;
-розробити нові методи та програмне забезпечення обробки сигналів ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль та об'ємних хвиль для підвищення точності обробки інформативної складової сигналу; метрологічну атестацію пристрою, що реалізує методи неруйнівного контролю пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів, технологію проведення контролю розробленими методами, провести аналіз похибок; провести лабораторні та натурні дослідження розробленими методами та засобами.
ЗМІСТ
ВСТУП
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ АКУСТИЧНОГО КОНТРОЛЮ СТІНОК МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ
1.1 Основні положення
1.2 Аналіз існуючих досліджень ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль
1.3 Аналіз існуючих методів ультразвукового контролю
1.3.1 Ультразвукові методи контвролю напружено-деформованого стану металу
1.3.2 Методи акустичної емісії контролю напружено-деформованого стану металу
1.3.3 Ультразвукові методи контролю пружних констант металу
1.3.4 Методи контролю дефектів в стінках магістральних трубопроводів ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями
1.3.5 Термоакустичний метод контролю дефектів в металах
1.4 Аналіз засобів акустичного контролю стінок магістральних трубопроводів
1.5 Постановка задач досліджень
РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНІ ЗАСАДИ ПОШИРЕННЯ УЛЬТРАЗВУКОВИХ СПРЯМОВАНИХ КІЛЬЦЕВИХ ХВИЛЬ В СТІНКАХ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ
2.1 Основні теоретичні положення
2.2 Розробка математичної моделі опису поширення горизонтально-поляризованих мод ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці трубопроводу
2.3 Розробка математичної моделі опису поширення мод типу Лемба ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль у стінці трубопроводу
2.4 Теоретичні основи утворення та поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль у стінці магістрального трубопроводу
2.4.1 Модальний підхід опису поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці труби
2.4.2 Математичний опис поширення спрямованих кільцевих хвиль як суперпозиції простих типів коливань
2.5 Способи, що визначають генерування ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль у стінці магістрального трубопроводу
2.5.1 Способи селективного збудження мод ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль прямим первинним перетворювачем
2.5.2 Визначення параметрів необхідних для утворення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль нахиленим первинним перетворювачем
Висновки до розділу
РОЗДІЛ 3 РОЗРОБЛЕННЯ МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ УТВОРЕННЯ І РОЗПОДІЛУ УЛЬТРАЗВУКОВИХ СПРЯМОВАНИХ
КІЛЬЦЕВИХ ХВИЛЬ В СТІНКАХ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ У ЧАСТОТНІЙ ОБЛАСТІ
3.1 Математична модель ультразвукового тракту пристрою контролю пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів
3.2 Математична модель розподілу ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці магістрального трубопроводу в часовій та частотній областях
3.3 Результати обчислення параметрів розподілу ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці магістрального трубопроводу
3.4 Модель загасання амплітуди при поширенні ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінках магістральних трубопроводів
3.4.1 Загасання амплітуди при поширенні однієї ультразвукової спрямованої кільцевої моди у стінці магістрального трубопроводу
3.4.2 Загасання амплітуди при поширенні двох і більше ультразвукових спрямованих кільцевих мод в стінці магістрального трубопроводу
3.5Розроблення математичної моделі генерування ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці магістрального трубопроводу з використанням проміжного шару
3.5.1 Модель роботи чутливого елемента ультразвукового первинного перетворювача
3.5.2 Модель утворення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінці магістральних трубопроводів з використанням проміжного шару
Висновки до розділу
РОЗДІЛ 4 РОЗРОБЛЕННЯ МЕТОДІВ КОНТРОЛЮ СТІНОК МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ УЛЬТРАЗВУКОВИМИ СПРЯМОВАНИМИ КІЛЬЦЕВИМИ ХВИЛЯМИ
4.1 Розроблення методу контролю наявності дефектів в стінках магістральних трубопроводів
4.1.1 Дослідження взаємодії ультразвукових спрямованих кільцевих
хвиль із дефектом в стінці магістрального трубопроводу
4.1.2 Метод визначення місцеположення та розміру дефекта в стінці магістрального трубопроводу за результатами аналізу параметрів луно-імпульсу ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль
4.1.3 Використання запропонованого методу контролю для оцінки технічного стану магістрального трубопроводу
4.2 Розроблення математичної моделі акустопружності та методів контролю величини напружено-деформованого стану металу стінок магістральних трубопроводів ультразвуковими спрямованими
кільцевими хвилями
4.2.1 Математична модель акустопружності ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль
4.2.2 Визначення достовірності результатів розрахунку величини явища акустопружності ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль отриманих на основі розробленої математичної моделі
4.2.3 Результати розрахунків акустопружності ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль отриманих на основі розробленої математичної моделі
4.2.4 Метод контролю дійсних значень напружень ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями
4.2.5 Методи контролю перерозподілу величини напружено-деформованого стану металу стінок магістрального трубопроводу ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями
4.3 Метод контролю пружних констант металу стінок магістральних
трубопроводів спрямованими кільцевими ультразвуковими хвилями
4.3.1 Аналіз зміни механічних властивостей стінок трубопроводів
4.3.2 Математична модель контролю пружних констант металу стінки магістрального трубопроводу ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями
4.3.3 Визначення залежності швидкості поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в металі стінки магістрального трубопроводу від зміни величини модуля Юнга
Висновки до розділу
РОЗДІЛ 5 МЕТОДИ КОНТРОЛЮ СТІНОК МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ ОБ'ЄМНИМИ УЛЬТРАЗВУКОВИМИ ХВИЛЯМИ
5.1 Визначення вимог до контролю стінок магістральних трубопроводів
ультразвуковими об'ємними хвилями
5.1.1 Типи дефектів стінок магістральних трубопроводів, що підлягають ультразвуковому контролю
5.1.2 Параметри дефектів, що контролюються ультразвуковими об'ємними хвилями
5.2 Розроблення математичної моделі поширення об'ємних
ультразвукових хвиль через межу розділу рідина-сталь нерівної форми
5.2.1 Побудова математичної моделі поширення об'ємних ультразвукових хвиль через межу розділу рідина-сталь нерівної форми
5.2.2 Визначення розподілу акустичного поля на базі розробленої моделі
5.3 Розроблення теоретичних засад термоакустичного методу контролю наявності дефектів в стінці магістрального трубопроводу
5.3.1 Геометрична інтерпретація термоакустичного методу
5.3.2 Хвильовий аспект термоакустичного методу
5.3.3 Визначення потужності акустичного поля для реалізації термоакустичного методу
5.3.4 Пошук дефектів в стінці труби шляхом аналізу розподілу температурного поля
5.3.5 Розроблення математичної моделі параметрів термоакустичного явища
Висновки до розділу
РОЗДІЛ 6 ПОБУДОВА АЛГОРИТМУ ОБРОБКИ СИГНАЛІВ ПРИ ПРОВЕДЕННІ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЮ СТІНОК
МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ
6.1 Структуризация методів обробки сигналів при проведенні ультразвукового контролю
6.2 Адаптивний алгоритм визначення частоти виміряного ультразвукового сигналу в частотній області
6.2.1 Математична модель визначення частоти ультразвукового сигналу
6.2.2 Визначення похибки розробленого алгоритму та визначення частоти ультразвукового сигналу
6.3 Алгоритм обробки аналогового сигналу ультразвукових спрямованих хвиль з метою його визначення часу поширення в стінці магістрального трубопроводу
Висновки до розділу
РОЗДІЛ 7 РОЗРОБЛЕННЯ ПРИСТРОЇВ УНКТ-11 КТН-1 КОНТРОЛЮ ПАРАМЕТРІВ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ МАГІСТРАЛЬНИХ
ТРУБОПРОВОДІВ, ПРОВЕДЕННЯ НИМИ ЛАБОРАТОРНИХ І ПРОМИСЛОВИХ ВИПРОБУВАНЬ
7.1 Розроблення пристрою УНКТ-1 неперервного контролю товщини стінок магістральних трубопроводів об'ємними ультразвуковими хвилями
7.2 Розроблення системи КТУ-1 для контролю пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями
7.3 Оцінка похибки пристрою КТУ-1 контролю пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів
7.4 Вибір методики оцінки технічного стану трубопроводу із дефектом в його стінці
7.5 Лабораторні дослідження наявності дефектів в стінці магістрального трубопроводу за допомогою пристрою КТУ-1 і їх аналіз
7.6 Лабораторні дослідження величини пружних констант стінки магістрального трубопроводу за допомогою пристрою КТУ-1 і їх аналіз
7.7 Розробка методики проведення натурних досліджень пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів
7.8 Натурні дослідження пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів і їх аналіз
Висновки до розділу
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
ДОДАТКИ
