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仿真驱动下的压力容器封底多损伤快速定位方法

王长林 朱高亮 钟永腾

王长林, 朱高亮, 钟永腾. 仿真驱动下的压力容器封底多损伤快速定位方法[J]. 制造技术与机床, 2024, (3): 173-177. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.025
引用本文: 王长林, 朱高亮, 钟永腾. 仿真驱动下的压力容器封底多损伤快速定位方法[J]. 制造技术与机床, 2024, (3): 173-177. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.025
WANG Changlin, ZHU Gaoliang, ZHONG Yongteng. Finite element model driven rapid localization method for multi-damages on pressure vessels[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (3): 173-177. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.025
Citation: WANG Changlin, ZHU Gaoliang, ZHONG Yongteng. Finite element model driven rapid localization method for multi-damages on pressure vessels[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (3): 173-177. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.025

仿真驱动下的压力容器封底多损伤快速定位方法

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.025
基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金项目(51505339);浙江省自然科学基金青年基金项目(LQ16E050005)
详细信息
    作者简介:

    王长林,男,1983年生,硕士,讲师,主要从事目标检测方面的研究工作。E-mail:wangcl@jsou.edu.cn

    通讯作者:

    钟永腾,男,1984年生,博士,副教授,硕士研究生导师,主要从事结构健康监测技术方面的研究工作。E-mail:zhongyongteng@wzu.edu.cn

  • 中图分类号: TP23

Finite element model driven rapid localization method for multi-damages on pressure vessels

  • 摘要: 面向大型压力容器特种设备的球形封底结构,传统的无损检测较难完成在役大型储底部的在线损伤检测。压电陶瓷传感器(PZT)能够同时激发和接收Lamb波实现大面积区域的损伤检测。文章利用压电陶瓷传感器构造了均匀圆心阵列,并提出了一种仿真数据驱动的压力容器球形封底多损伤快速定位方法。首先,对在半球形封底结构模型上建立阵列Lamb波信号的传播模型,利用阵列导向矢量构造圆心阵列稀疏特征;其次,在ABAQUS有限元软件中建立压力容器封底有限元分析模型,获取虚拟阵列稀疏特征库;最后,将损伤信号的阵列转向向量与虚拟阵列稀疏特征库进行相似性比较,通过损伤成像快速确定损伤信号的位置。数值和实验结果都验证了基于虚拟阵列稀疏特征建模的多损伤定位方法能够有效地监测轴对称结构,且精度较高。

     

  • 图  1  圆心阵列下的Lamb信号接收模型

    图  2  Lamb波激励下损伤回波及其包络

    图  3  压力容器封底有限元模型及稀疏采集点

    图  4  阵列传感器信号在模拟损伤散射信号时在56#稀疏点回波

    图  5  封底部位结构模型模拟双损伤位置示意图

    图  6  压力容器封底表面多损伤模型Lamb波传播图

    图  7  实际损伤信号与稀疏点采集信号到达时间的比较

    图  8  圆形传感器阵列接收多损伤传播信号响应图

    图  9  压力容器封底多损伤的成像结果

    表  1  定位结果与误差统计

    序号 模拟损伤位置 预测位置及误差
    $ {r_1} $/
    mm
    $ {\theta _2} $/
    (°)
    $ {r_2} $/
    mm
    $ {\theta _2} $/
    (°)
    $ {\hat r_1} $/
    mm
    $ E_1^r $ $ {\hat \theta _1} $/
    (°)
    $ E_1^\theta $ $ {\hat r_2} $/
    mm
    $ E_2^r $ $ {\hat \theta _2} $/
    (°)
    $ E_2^\theta $
    1 130 −45 - - 138 8 −44 1 - - - -
    2 110 150 - - 116 6 148 2 - - - -
    3 63 180 163 90 65 2 178 2 170 7 95 5
    4 110 225 230 90 115 5 230 5 243 13 85 5
    下载: 导出CSV
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  • 录用日期:  2024-01-11
  • 修回日期:  2023-11-06

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