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104810字博士毕业论文底部腐蚀声发射的理论分析

论文类型:博士毕业论文
论文字数:104810字
论点:发射,腐蚀,信号
论文概述:

本文是在职博士研究生论文,本文从经典气泡成核理论思想出发,结合气泡的成长条件,指出大气压、液体的液位、气泡表面张力是产生腐蚀声发射的应力脉冲来源。

论文正文:

第一章简介

随着中国工业化和城市化的发展,能源消耗大幅增加,中国已成为世界第二大石油消费国。受日益复杂的国际形势影响,能源安全令人担忧。一些组织和贸易区的保护主义作用经常导致国际油价大幅波动,给中国外汇带来巨大损失。随着国家综合国力的大幅度提高,中国将继续增加原油储备。目前,中国已在天津、鄯善和舟山建成储油能力超过500万吨的储油基地,我省(辽宁)也在大连和铁岭建成了大型原油储存基地。据相关统计,中国于1993年开始讨论战略石油储备问题,并于2001年正式提出建设战略原油储备的国家计划。目前,石油储备计划中的第一和第二个建设项目已经完成。第一阶段储量为1.03亿桶,相当于1635万立方米。第二阶段储量为1.68亿桶,相当于2680万立方米。该项目第三阶段预计于2016年完成,储存能力为2.32亿桶,即3,620万立方米。除国家战略石油储备外,相关石化企业还拥有大量商业石油储备,估计超过3000万立方米。目前,中国有5000多立方米的储罐,保守估计为30000个。未来几年要建造的坦克都是基于100,000立方米的巨型坦克,新增坦克数量将达到1,000辆。图1.1显示了罐区内储罐的分布情况,图1.2显示了中国某罐区的事故情况(图1.2来自《新京报》)。
……

第二章声发射检测技术研究

2.1声发射检测技术的应用领域
早在几千年前,古人就发现了锡响等现象。声发射技术无意识地被应用,如用声音的方法来判断物体的质量。当你穿过木桥时,你会跺脚几次,看看木桥是否会裂开。当你在冰上行走时,你会用石头或木棍敲几下,看看冰是否裂开,或者听听冰裂开的声音。这可以被视为声发射的简单应用。现代声发射技术的研究始于20世纪50年代德国医生凯塞尔发现金属的凯塞尔效应。通过邓尼根、艾伦·格林(Allen Green)等人在美国声发射设备的开发和应用中做出的贡献,声发射检测技术逐渐成为一种具有重要作用的无损检测技术。目前,相关研究人员正在岩石地质条件检测[20-22)、混凝土性能和损伤条件检测[23-26、桥梁损伤检测[27,28、各种材料拉伸损伤和性能检测[29-35、机械健康和加工效果监测[36-40、管道泄漏检测[41-44、流体中固体颗粒含量检测[45,46、高压电力系统泄漏检测[47,48、腐蚀检测等多个领域开展广泛深入的研究。由于声发射检测技术的独特优势及其理论的相对不成熟,声发射检测技术的研究成为一个热门话题。

2.2腐蚀声发射检测技术的研究现状
马里恩·弗雷格内斯(Marion Fregonese)等人提出利用声发射技术检测金属表面橡胶涂层的损伤。当表面涂层的损伤达到一定程度时,声发射信号明显增加,电阻明显减小,两者符合[67]。弗雷德里克·费雷尔(Frederic Ferrer)等人提出,经受硫酸腐蚀的低碳钢经历钝化、钝化膜破裂和加速腐蚀过程,其中钝化过程几乎不产生声发射信号,钝化膜破裂产生大量声发射信号,在加速腐蚀过程中,声发射信号的数量持续稳定增长[68]。金永平(YE . P . Kim)等人指出声发射能有效检测304不锈钢的缝隙腐蚀过程,并指出腐蚀电位与声发射具有良好的一致性。随着腐蚀过程的发展,声发射信号的上升时间、持续时间、计数和累积能量都增加了[69]。Asa Prateepasen通过两个不同的实验有效地检测了腐蚀声发射信号。实验还表明,不同腐蚀环境下声发射信号不同。在氯离子浓度较高的情况下,爆裂的氢气泡破裂是主要的声发射源。

[3]

第三章声发射检测研究的基本理论..........................................................26
3.1声发射测试的物理基础..............................26
3.2声发射测试基金会............................31
3.3声发射检测应用理论基础..............................34
3.4声发射信号的衰减............................37
3.5声发射信号强度影响...................38
3.6本章概述................................38
第4章腐蚀声发射机理研究……39
4.1腐蚀声发射的产生机理................39
4.2罐底腐蚀……41
第5章腐蚀声发射特性的实验研究...................63
5.1钢板at 空...................63
5.2钢板在液体声发射实验中的腐蚀……64
5.3裂纹扩展和气泡破裂实验……81

第6章声发射信号处理方法

6.1傅里叶变换
傅里叶变换是现代信号处理技术的基础。甚至一些新的信号处理方法也是通过傅里叶变换实现的。傅立叶变换的本质是用一组完全正交的三角函数来表达一个函数。这个函数可以是已知的,也可以是未知的。事实上,傅里叶变换是一种三角函数,用有限项来近似待处理的函数。当两者之间的差异小于预期时,这种转换的结果被认为是理想和正确的。傅立叶变换具体表达如下:周期为t的信号f(t)满足狄利克雷条件,即如果一个周期中存在间断,间断的数量应该受到限制;在一段时间内,最大值和最小值的数量应该受到限制;在一个周期内,信号是绝对可积的[293]。

6.2功率谱
功率谱主要用于分析信号中各种频率的比例。对于非周期性信号,可以通过功率谱分析获得信号中各种频率分量的比例,即可以获得信号的主频率范围。信号的功率谱可以由等式(6.7)和(6.8) [293]表示。小波变换是基于傅里叶变换(Fourier transform),它利用具有可变时间和频率分辨率的基函数与待处理信号进行相关运算,从而在频域获得更高分辨率的局部信息,同时保留信号的时域信息。小波去噪的前提是信号的幅度和频率应具有不同于信号局部范围内噪声的特征。一般假设是,经过处理的信号经过小波变换后,变换系数高于预期频带中噪声的变换系数。以噪声变换后的幅度为阈值,滤除阈值以下的幅度,从而去除信号的噪声,增强信号的有效特性。同样,声发射信号的特征提取是在时间和频率的联合分布域中对信号进行详细划分,并研究信号各部分的特征,从而防止信号的一些细微特征被傅里叶变换隐藏,傅里叶变换是一种信号频率分辨尺度大的变换方法。
……

第七章结论

本文研究和探讨了腐蚀声发射的机理和腐蚀声发射信号特征的提取。得到以下结论:
(1)基于经典气泡成核理论和气泡生长条件,指出大气压力、液面和气泡表面张力是产生腐蚀声发射的应力脉冲源。从理论上证明了腐蚀气泡开裂、金属腐蚀开裂和金属腐蚀产物开裂是腐蚀声发射源,从理论上直接证明了腐蚀声发射检测技术的有效性,为腐蚀声发射检测技术提供了理论依据。
(2)基于努波夫点应力脉冲理论,推导出腐蚀声发射信号的特征:腐蚀气泡声发射信号的幅度随气泡半径的平方增加,随液面高度的增加而增加;腐蚀气泡的声发射信号频率与气泡半径成反比。腐蚀开裂产生的声发射信号幅度与开裂面积、液面高度和局部应力强度成正比。声发射信号的频率与裂纹扩展的长度成正比,与裂纹扩展的速度成反比。这为声发射信号噪声处理、特征提取、信号分类识别、声发射数据解释和检测结果评价提供了理论依据。(3)进行了相同面积钢板在不同腐蚀溶液中密封条件下的腐蚀实验、单气泡开裂实验、单金属开裂实验和金属腐蚀产物开裂实验。通过高频和低频声发射系统对腐蚀过程和气泡破裂过程进行了长时间的全程监测。实验证明,在腐蚀过程中,低于100千赫的声发射信号比高于100千赫的信号更丰富。指出析氢腐蚀反应中产生的氢泡开裂是造成这一现象的原因。

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参考文献(省略)