气体管道泄漏声源特性声发射试验研究

对气体管道泄漏孔处声源进行了声发射检测试验,分析了气体泄漏产生声发射的原因,通过对不同泄漏孔直径、不同泄漏内压情况下的声发射信号处理与分析,得出气体管道泄漏声源的频率范围及幅度随管道内部压力、泄漏孔径的变化影响规律,并与管道气体泄漏的数值模拟结果进行了对比分析,试验研究结果为气体管道泄漏声发射检测提供依据。     

基于小波包熵与Gabor小波变换的管道连续型泄漏源定位

针对压力管道泄漏声发射信号的含有高频噪声、多模态以及频散现象,影响对泄漏源定位精度的问题。研究了一种基于Gabor小波变换与小波包熵值降噪相结合的方法对泄漏源进行定位。首先对采集的泄漏信号进行小波包熵值降噪以滤除背景噪声,其次对降噪后的信号进行Gabor小波变换获得其在特定频率下的时间-频率空间分布,确定不同模态信号到达同一个传感器的时间差,并结合压力管道的频散曲线特性确定该频率下不同模态的群速度,最终实现对管道泄漏源的精确定位。     

基于LMD包络谱熵及SVM的天然气管道微小泄漏孔径识别

针对管道泄漏信号的非平稳特征以及管道泄漏孔径大小难以识别的问题,提出一种基于局域均值分解包络谱熵及支持向量机的识别方法。该方法对管道泄漏信号进行局域均值分解,得到若干个瞬时频率具有物理意义的乘积函数(production Function, PF)分量;计算各PF分量的峭度值并据此选出包含主要泄漏信息的分量作为主PF分量,对这些分量进一步采用小波包分解能量法进行分析并重构;再对重构后的主PF分量进行希尔伯特变换求取包络谱,结合信息熵的概念提出包络谱熵并计算熵值;将归一化包络谱熵作为泄漏信号特征输入支持向量机分类器中,用以区分不同的泄漏孔径,完成对泄漏孔径的识别。通过试验采集大量的管道泄漏信号进行处理及分析,试验结果表明该方法能有效识别不同泄漏孔径类别。     

轴向柱塞泵柱塞泄漏特性研究

以柱塞配流海水泵为研究对象,分析了柱塞的运动特性,得出了泵的瞬时理论流量方程。在此基础上,建立了柱塞泄漏的数学模型并通过MATLAB软件进行了仿真分析。仿真结果表明,在柱塞泄漏影响下,柱塞泵的实际流量下降,流量脉动明显增大。泄漏脉动幅值随泄漏量的增大而增大,泄漏脉动频率与泵的转轴频率呈一定的倍数关系。     

高强度Helmholtz声源的声学特性研究

为研究Helmholtz声源的声学特性,设计并制作了一款由扬声器和Helmholtz共振器组成的Helmholtz声源,并对其等效声阻抗、两端电压、输出声压值和电声转换效率随信号频率变化的响应特性进行了初步探索。结果表明,Helmholtz声源的声学特性与扬声器和Helmholtz共振器的相互作用有关,Helmholtz声源的声学阻抗特性主要由Helmholtz共振器决定;扬声器的谐振或Helmholtz共振器的共振能够增强Helmholtz声源的声波辐射能力,可以有效提高声源的电声转换效果;在选定的实验条件下,Helmholtz声源的最大输出声压值约是扬声器的22倍,此时Helmholtz声源的电声转换效率高达113%。     

旋转冲击作用下凿岩机水封密封性能分析*

为探讨液压凿岩机冲洗机构水封在高频冲击和旋转运动复合作用下的泄漏情况,在分析钎尾冲击速度随时间变化规律基础上,通过求解广义雷诺方程分析密封区的流体力学特性,建立旋转冲击复合作用下凿岩机水封密封区膜厚及泄漏量的计算模型。基于ABAQUS分析冲击周期内变速度下的水封接触应力变化规律,分析不同流体压力、冲击速度幅值和转速对密封性能的影响。结果表明:最大接触压力的变化和内外行程有关,外行程最大接触压力随冲击速度幅值的增大而增大,随转速的增大而减小,内行程则相反;同时无转速时的最大接触压力明显小于有转速时的最大接触压力,外行程的整体的最大接触压力大于同位置内行程的最大接触压力;冲击速度幅值越大,一个周期内的实时泄漏量和净泄漏量越大;不同转速下的实时泄漏量比较接近,转速越大,净泄漏量越小,表明在一定的范围内提高转速有利于提升水封密封性能;随液体压力增大最大接触压力变大,实时泄漏量变小,而净泄漏量先变小再变大,表明在中等压力下水封的密封性能更好。     

压力管道泄漏声发射信号能量累计特性研究

针对压力管道在泄漏时会产生声发射的现象，研究了声发射信号能量累计值与泄漏孔射流速度的关系，并通过压力管道圆孔泄漏的声发射试验测试对该关系进行验证。试验结果表明，管道泄漏时的喷射流速越大，泄漏声发射信号的能量累计值越大，与喷射流速的4．5．6．5次方成正比，而比例常数波动范围较大，不能观察出泄漏孔径改变对比例常数的影响。     

基于声发射信号的钢桶泄漏特性试验研究

基于企业验漏需求,设计搭建了钢桶泄漏试验台和钢桶泄漏声发射信号检测系统。通过实验研究了不同泄漏工况下,钢桶泄漏产生的声发射信号特性。试验表明钢桶泄漏声发射信号频域特征出现在90~100k Hz。通过小波包分解,提取了90~100k Hz频段的能量作为泄漏特征。得到了钢桶的泄漏能量特征和信号均方根值(RMS)随泄漏孔径尺寸、钢桶内部加压压力和声发射传感器位置的变化规律。建立了基于钢桶声发射信号的泄漏检测规则,为实际应用过程中选择泄漏特征参数、加压压力和选择传感器位置及个数提供了参考。     

立式轴流泵装置叶片区压力脉动数值分析

压力脉动是影响轴流泵装置安全稳定运行的重要因素之一,为明确轴流泵装置叶片区压力脉动的变化规律,基于CFD软件对立式轴流泵装置全流道进行三维非定常数值计算,获得了轴流泵装置叶轮和导叶体区域的压力脉动时域数据,分析了最优工况时各监测点压力脉动特性,以及3个特征监测点的压力脉动随流量的变化规律。结果表明:最优工况时,叶轮进口压力脉动幅值从轮缘到轮毂逐渐减小;叶轮出口压力脉动幅值从轮缘到轮毂先减小后增大;导叶体出口处的压力脉动幅值从轮缘到轮毂先增大后减小。叶轮进口轮缘处压力脉动幅值随流量增大而减小;叶轮出口轮缘处压力脉动幅值随流量增大先减小后增大;导叶体出口轮缘处压力脉动幅值随流量增大而减小。小流量工况时各监测点的压力脉动主频幅值均大于最优工况和大流量工况。计算结果为分析轴流泵安全稳定运行提供了参考。     

四配流窗口轴向柱塞泵仿真与分析

四配流窗口轴向柱塞泵可以实现单台泵同步闭式控制两台对称执行元件液压系统,也可以直接闭式控制差动缸回路。为分析其压力、流量特性,该文根据柱塞运动特征和配流面积变化原理,运用Simulation X软件对四配流窗口轴向柱塞泵进行了建模和仿真分析。通过设置斜盘角度或转速调节液压泵输出流量,考虑油液泄漏和黏性摩擦力的情况下,对加载和空载时液压泵柱塞腔和泵油口的压力、流量等特征响应曲线进行分析。仿真结果表明,流量脉动频率随泵转速增加而增大;压力脉动幅值随负载增加而增大,且压力脉动频率与负载无关。     

管道内压力对纵模导波传播特性的影响

工程应用中的管道内部往往存在一定的介质,这些介质会对管内壁产生一定的压力,研究超声导波技术对管道进行检测时,介质产生的压力对超声导波传播特性的影响非常重要。采用数值模拟方法研究了管道内液体介质压力对超声导波传播的影响,分析了不同激励频率和不同介质压力时的导波衰减特性,并搭建了压力管道实验系统。实验结果表明,超声导波在管道内传播时传播速度不随管内压力的变化而变化。     

夹心式压电超声换能器声场分析

对谐振频率为28.4 kHz的夹心式压电超声换能器声场进行仿真分析,研究空化气泡对声场分布及噪声的影响。以COMSOL软件压力声学接口为基础,对换能器进行瞬态分析,观察有无空化气泡时空间内的声压分布情况,对比两种情况下截点位置的声压变化曲线及频域分布曲线。通过试验对仿真结果进行验证,确认空化气泡的存在增强了空间中的声场,使水中最大声压值由8×104 Pa增大至2.5×105 Pa,空气中最大声压值由80 Pa增大至140 Pa。水中的高声压区集中在空化区域内,空化区域后方的声压减弱。与此同时,空化气泡使空气中的低频噪声增加,截点位置的声压幅值由原来的2 Pa增大至4 Pa。     

环境参数变化对管道结构健康检测的导波检测影响探究

文中就周围环境温度和外加载荷对承压管道超声导波结构健康检测的影响进行理论分析,采用ANSYS有限元分析软件进行数值模拟;引入时间反转法增强激励信号在缺陷位置的反射能量,建立周围环境温度和外加载荷参数变化与缺陷回波反射率之间的对应关系,改变缺陷类型并对其影响结果进行比较;理论分析和仿真实验均表明温度和外加载荷参数的变化对检测信号的影响主要体现在波形的时移和反射回波波包幅值的变化上,检测信号的时延随承压管道内压值的线性增大均匀增加,而环境温度的变化对检测信号时移的影响随缺陷类型的不同而不同,为实际导波检测提供参考。     

基于DOFVS的新型压力输水管道泄漏在线监测方法

压力输水管道因内部压力及外部使用环境腐蚀等因素经常造成爆管泄漏等问题,根据管道泄漏时会引起泄漏点周围管壁振动这一特点,利用基于相位敏感光时域反射仪技术的分布式光纤振动传感技术(DOFVS)提出了一种新型压力输水管道光纤在线泄漏监测方法,此方法利用普通单模通信光纤拾取泄漏点引起的管道振动信号并进行实时检测和定位。在室内测试环境下,该系统能够检测出DN90 cm×EN2 cm普通钢制压力输水管道在0.4 Mpa压力下,泄漏孔径为4 mm的泄漏;在室外测试环境下,该系统能够检测出DN200 cm×EN2 cm普通钢制压力输水管道在0.27 Mpa压力下,泄漏量大于11 L/s泄漏孔的泄漏。此外,采用多尺度小波分解去噪方法,对监测信号中的环境噪声信号进行滤除,并取得了良好的去噪效果。     

钢球平底孔超声直探头接触法检测研究

针对钢球内部缺陷的检测问题,对超声直探头接触法进行钢球内部缺陷检测的机理展开研究,并采用人工平底孔作为试验对象及评价方式。首先,探究了钢球回波信号中三角形迟到波的声束传播路径,并找出三角形迟到波的出现位置相对于底波的固定比例关系,避免检测中的误判。然后,对不同深度人工平底孔进行试验,结果表明:直探头接触法可有效检测钢球平底孔,其回波信号的信噪比达到12 d B,且随着平底孔深度的不断增加,回波信号的幅值逐渐增大,回波与底波之间的相对声程可描述平底孔的深度值。最后,通过分析圆盘声源轴线上的声压分布,提出了钢球平底孔回波声压的理论计算方法。     

管道不可压缩流体泄漏量与压力变化的关系研究

实际工程中,大多数的石油运输管道只允许安装压力传感器检测泄漏情况,流量计仅安装在收费口处,而且对于不可压缩流体无法通过临界压力条件计算泄漏量。基于应力应变公式,通过研究管道的微元体受压时管壁的径向位移与管内压强的关系,得出管道体积随管道压力的应变响应。以管道容积膨胀的改变量表征管道中不可压缩流体的泄漏量,得到不可压缩流体的泄漏量计算模型。建立管道受压膨胀的COMSOL模型进行仿真验证,仿真结果和推导公式均表明管道的体积应变与管道压力呈二次抛物线关系,但当管道内压力变化不大时,二者之间可近似为线性关系。此外,建立实验平台得到了压力为0 MPa~0.8 MPa时的泄漏量,验证了不可压缩流体与压力变化之间的线性关系。理论和实验结果为管道内不可压缩流体泄漏量的计算提供了理论依据。     

基于BWO优化VMD联合小波阈值的管道泄漏次声波去噪方法

管道泄漏次声波信号中的干扰噪声影响管道泄漏定位的精准度。提出了一种基于白鲸优化算法（BWO）优化变分模态分解（VMD）联合小波阈值（WT）的管道泄漏次声波去噪方法。针对VMD算法中分解层数K和惩罚因子α的取值对信号分解结果影响较大,利用白鲸优化算法（BWO）对VMD分解的两关键参数进行寻优,获得最优参数组合[K、α],并利用优化后的参数对次声波信号进行VMD分解,获得一系列本征模函数（IMF）分量。通过计算各IMF分量的相关系数来区分噪声IMF分量和有效IMF分量,引入一种改进的小波阈值函数对有效的IMF分量进行去噪处理,再重构去噪后各有效IMF分量,得到去噪后的管道泄漏次声波信号。通过仿真实验,将所提方法与灰狼优化算法（GWO）优化VMD联合小波阈值和麻雀搜索算法（SSA）优化VMD联合小波阈值两种方法对比,所提方法去噪后信号的信噪比分别提高了1.27%、2.01%,表明所提方法的去噪效果具有一定的优越性,为后续管道泄漏计算定位奠定了良好的基础。     

管道不可压缩流体泄漏量与压力变化的关系研究（英文）

实际工程中,大多数的石油运输管道只允许安装压力传感器检测泄漏情况,流量计仅安装在收费口处,而且对于不可压缩流体无法通过临界压力条件计算泄漏量。基于应力应变公式,通过研究管道的微元体受压时管壁的径向位移与管内压强的关系,得出管道体积随管道压力的应变响应。以管道容积膨胀的改变量表征管道中不可压缩流体的泄漏量,得到不可压缩流体的泄漏量计算模型。建立管道受压膨胀的COMSOL模型进行仿真验证,仿真结果和推导公式均表明:管道的体积应变与管道压力呈二次抛物线关系,但当管道内压力变化不大时,二者之间可近似为线性关系。此外,建立实验平台得到了压力为0 MPa～0.8 MPa时的泄漏量,验证了不可压缩流体与压力变化之间的线性关系。理论和实验结果为管道内不可压缩流体泄漏量的计算提供了理论依据。     

壁面边界温度对指数管内声场的影响

采用计算流体力学软件Fluent对10组不同壁面边界温度情况的谐振管的形状参数m=2.2型指数管内二维非线性声场进行了模拟研究,探索了壁面边界温度对指数管内声场的影响。研究分析了不同壁面边界温度下管内声压和压比的变化规律,发现管内声压最大和压比最大的情况分别出现在不同的壁面边界温度条件下,但当上、下壁面边界温度均为328K时,指数管封闭端能同时获得较大声压幅值和压比。     

机车车辆橡胶元件动态建模及其应用

橡胶的动态特性依赖于外界激扰的幅值和频率。为充分体现铁道车辆橡胶部件的真实物理特性,兼顾动力学仿真计算的精度和时间,基于弹塑性理论建立橡胶元件动态模型。分别用摩擦力和黏滞力表征橡胶的振幅相关性和频率相关性;计算分析简谐激励下橡胶元件的等效刚度和阻尼;将橡胶元件模型结合车辆-轨道耦合动力学模型,分析车辆通过曲线时一系定位节点力的动态特性。研究结果表明：摩擦力提供的等效刚度随激扰幅值的增大而减小,阻尼随激扰幅值的增大而增大;黏滞力提供的等效刚度和阻尼都随激扰频率的增大而增大;橡胶元件在车辆曲线通过的不同阶段可反映不同的动态特性。