一种埋入或浸入式储液管道中导波模态的建模方法技术

本发明专利技术公开了一种埋入或浸入式储液管道中的导波模态建模方法。本方法特征在于：利用半解析有限元法和完美匹配层耦合，提取整个系统中的所有特征模态，并利用广义模态展开法借助广义正交关系计算在特定激发条件下的模态时瞬响应。该方法同时考虑了管道外部(如土壤、水)和内部(如水、油)的接触介质对导波的复杂影响，不仅可以准确模拟在内外介质影响下的管道中的导波各个模态的传播特性，还可以精确模拟在管道内部液体以及外部介质中各个方向声波的传播特性。该方法可应用于工业设施等管道设备的超声无损检测、超声无损评价以及结构健康监测等。康监测等。康监测等。

【技术实现步骤摘要】
一种埋入或浸入式储液管道中导波模态的建模方法


[0001]本专利技术涉及工程声学
，尤其涉及一种埋入或浸入式储液管道中导波模态的建模方法。

技术介绍

[0002]导波检测(GWT)是一种准确、快速的对大型工程结构等进行无损检测的技术，它在浸入或埋入式的石油或天然气管道监测中的应用备受关注。对各种导波模态传播特性的清晰理解在检测泄漏和识别缺陷(例如裂缝或腐蚀区域)中起着重要作用。这些管道通常被埋入或浸入流体中，这意味着检测技术的效率大大降低，并且显著改变了整个系统的能量分布。此外，工业管道通常用于运输石油，天然气或石化产品，在这种情况下，波的传播将受到很大的衰减，并且导波与内部介质之间的相互作用使其更为复杂。
[0003]当管道系统被掩埋或浸入水中时，可以看作是开放波导系统，同时，经典模态分析理论对于这种开放波导并不成立。因此，迄今为止，对于这种浸入或埋入式的储液管道的导波传播特性研究缺乏可靠和有效的模型。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种基于半解析有限元方法的埋入或浸入式储液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种埋入或浸入式储液管道中导波模态的建模方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：在管道(1)的两端分别设置声波激发装置(3)和声波接收装置(9)，声波激发装置(3)产生的激发声波(4)在外部介质(5)、内部流体介质(6)和管道(1)中经过一定距离的传播后，形成接收声波(8)，被声波接收装置(9)记录。步骤2：从半解析有限元方法的公式推导开始，基于谱元法将内部流体介质(6)离散为若干流体单元(2)，并将流固耦合条件引入到全局建模系统中；步骤3：在外部介质(5)中引入完美匹配层(7)用于截断外部无限延伸的周围介质，并得出适用于多层波导系统的导波模态的广义正交关系；步骤4：建立模态展开模型以计算在波导中或内部外部介质中的声波的时瞬响应。2.根据权利要求1所述一种埋入或浸入式储液管道中导波模态的建模方法，其特征在于：在步骤2中，所述的半解析有限元方法模型为：式中，V代表波导的体积，u代表位移，ρ代表密度，ε代表应变张量，σ代表应力矩阵，t代表作用外力；应力
‑
应变关系为σ＝Cε，其中C为弹性模量矩阵；应变
‑
位移关系为其中L，L
r
，L
θ
，L
z
表示对应的方向算子；得出固体管道类波导控制方程：(K1+ink2+ikK3+knK4+n2K5+k2K6‑
ω2M)U

【专利技术属性】
技术研发人员：倪中华，王胜，张辉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：