圆筒形容器表面声源定位方法研究

作     者：付佳 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔志文

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：声发射 声源定位 圆筒形容器 新三角时差技术 任意三角形时差法 

摘      要：近些年容器的安全问题被人们所关心,在工业中容器使用频率最高的和范围最广的是圆筒形容器。比如储存化学液体和运输油气的罐子都是圆筒形容器罐,罐身主体部分多为二维板类结构。在长期工作的环境下,这些容器容易因为反复施加压力出现材料损伤而发生爆炸。一旦发生爆炸会引发火灾和中毒等事件。在实际应用中很多圆筒形容器是用作储存仓和反应仓,如果因为材料断裂出现泄漏或者保护层脱落,那么就会造成经济损失和人身安全问题。因此监测这些有危害的声发射源就成了亟待解决的问题。无损检测技术是一种成熟并且不损伤材料本身的检测方法,各种无损检测技术在圆筒形容器的制造和定期检验中得到广泛的应用。而声发射技术是无损检测中的一种常用的方法,在容器健康监测中被广泛的应用。随着工业的发展和环境的要求,很多容器材料都为复合型材料,在容器材料内部声速分布不再是均匀的,我们就需要考虑容器材料的各向异性。本文首先简要阐述了二维各向异性板声源定位的发展与近况。总结了其他学者在二维板上的声源定位方法,在此基础上将二维平面声源定位方法,应用在圆筒形容器表面。在不知道容器材料结构性质的情况下,利用新三角时差算法对圆筒形容器表面进行声源定位。在未知声源位置的前提下,利用六个传感器分成两组测出声源到每个传感器的时间。实验以更具创新性的方式进行,实验中采取单发单收的实验方法,利用单通道的脉冲信号发射接收仪和示波器模拟声源定位。通过对传感器接收到的信号进行记录分析,得到传感器的到达时差并记录数据,把所测得的数据代入反演程序中算出声源位置。其次,针对新三角时差法的传感器的摆放方式只能为直角等腰三角形且摆放方式的操作要求较高、而且在实际应用中会受到容器结构的限制,本文将采用传感器任意三角形摆放方式的时差法。这一方法也是利用六个传感器分为两组进行测量。通过接收传感器的到时,带入反演程序中计算声源位置。通过实验结果分析这一方法应用在圆筒形容器表面的可行性。这一方法的优点是不再限定传感器的摆放方式。通过实验对比证明这一方法也可以很快的预测声源位置,并且具有新三角时差技术的无需大量的计算和求解非线性方程组的优势。分别对两种方案的实验结果进行了分析,结果表明这两种方法均不受材料结构性质的影响,能够快速准确地定位出声源位置。实验中采取单发单收的实验方法,利用单通道声发射仪就可以模拟声源定位实验,实验操作简单,大大减少了成本。实验结果验证本文两种声源定位的方法可以用来监测以圆筒形为主体的容器,提前预知危险的声发射源位置。这一方法在实际生产应用中有很大的潜在应用价值。本文的研究结果为圆筒形容器表面声源定位方法提供理论基础和实验依据,为其应用奠定理论方法基础。