单层海底管道缺陷磁记忆特征信号提取与分析

论文摘要

海底管线承担海上油气集输的重要任务,但由于管体自身加工因素、输送介质、海底复杂荷载作用情况会影响海底管道的安全运行。目前针对海底管道常用的检测方式均存在一定的局限性,即只能检测出已经出现的宏观损伤,且内检测容易出现管道内卡堵的问题。20世纪末兴起的磁记忆检测技术不需要提前进行管道磁化,在地磁场环境作用下,便可发现早期应力集中及隐性损伤,在海底管道安全评估领域极富开发潜力。本文从有限元多场耦合仿真计算出发,首先研究了不同尺寸的单一缺陷在载荷作用下的磁场特征分布情况,得到载荷与尺寸变化时磁场强度的峰值变化趋势。由于海底管道往往存在多个缺陷,不同缺陷之间会有磁场的相互影响,因此进一步对双缺陷不同分布情况进行研究,建立了不同影响因素与缺陷处磁场强度峰值的函数关系式,结果表明不同影响因素对磁场强度峰值的影响程度不同,且缺陷处的应力状态以及应力集中系数对磁场强度信号评价的影响较大。为验证有限元多场耦合仿真计算的准确性,在实验室环境下对海底管道进行了非接触式磁记忆检测模拟实验作为有限元仿真结果的印证和补充,结果发现两者切向、法向峰峰值的变化规律一致性较好。针对实验数据具有分散性、模糊性和不确定性,本文引入4种合成特征参量全面反映磁场信号所表征的缺陷状态,提取能够敏感表征载荷、缺陷尺寸、缺陷位置的4种磁记忆特征参量,获取载荷、缺陷尺寸与位置的磁记忆特征参量回归量化关系及其变化规律,为后续海底管道在役非接触磁记忆定量化检测及安全智能评价提供奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景和研究意义
•   1.2 磁记忆检测技术国内外研究现状
•   1.3 海底管道有限元力磁耦合的国内外研究现状
•     1.3.1 海底管道有限元国内外研究现状
•     1.3.2 有限元力磁耦合国内外研究现状
•   1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 磁记忆机理与力磁模型
•   2.1 磁记忆效应机理
•     2.1.1 铁磁材料的基本特性
•     2.1.2 铁磁物质自发磁化特性
•     2.1.3 磁滞伸缩和磁弹性能
•   2.2 有限元力磁耦合模型
•   2.3 本章小结
• 第三章 基于流固磁多场耦合的海底管道有限元仿真计算
•   3.1 流固磁多场耦合模型建立
•     3.1.1 海底管道流固耦合模型建立
•     3.1.2 海底管道力磁耦合模型建立
•   3.2 单缺陷不同载荷条件有限元仿真结果
•     3.2.1 不同内压的仿真结果
•     3.2.2 不同冲刷速度的仿真结果
•   3.3 单缺陷不同缺陷尺寸有限元仿真结果
•     3.3.1 不同直径的仿真结果
•     3.3.2 不同深度的仿真结果
•   3.4 双缺陷不同分布情况的有限元仿真结果
•     3.4.1 环向不同分布夹角的仿真结果
•     3.4.2 轴向不同分布间距的仿真结果
•   3.5 本章小结
• 第四章 海底管道水下磁记忆检测模拟试验
•   4.1 试验材料与管道缺陷预制
•     4.1.1 试验材料
•     4.1.2 管道缺陷预制
•   4.2 试验系统
•     4.2.1 试验设备
•     4.2.2 检测装置
•   4.3 试验方案设计
•   4.4 试验结果分析
•     4.4.1 管道试件初始状态磁记忆数据分析
•     4.4.2 单一缺陷磁记忆数据分析
•     4.4.3 双缺陷磁记忆数据分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 基于磁记忆参数的海底管道缺陷特征提取与分析
•   5.1 不同因素对磁记忆信号的影响分析
•     5.1.1 内压载荷对磁记忆信号的影响
•     5.1.2 洋流冲刷对磁记忆信号的影响
•     5.1.3 缺陷直径对磁记忆信号的影响
•     5.1.4 缺陷深度对磁记忆信号的影响
•     5.1.5 双缺陷间环向夹角对磁记忆信号的影响
•     5.1.6 双缺陷轴向间距对磁记忆信号的影响
•   5.2 磁记忆信号特征参数提取与拟合回归分析
•     5.2.1 载荷变化的特征提取与拟合关系建立
•     5.2.2 缺陷尺寸变化的特征提取与拟合关系建立
•     5.2.3 缺陷分布变化的特征提取与拟合关系建立
•   5.3 拟合验证
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈思雨

导师: 邢海燕

关键词: 海底管道,磁记忆检测,有限元仿真,特征参数,多场耦合

来源: 东北石油大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 东北石油大学

基金: 黑龙江省自然科学基金(LH2019A004),中国石油和化学工业联合会科技指导计划项目(2017-01-05),东北石油大学研究生创新科研项目(YJSCX2016-024NEPU)

分类号: P756.2

DOI: 10.26995/d.cnki.gdqsc.2019.000055

总页数: 69

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