基于声发射技术的风电塔筒动态监测技术研究

【摘要】：风力发电技术日趋成熟,在可再生绿色能源的开发领域中占有重要的地位,具有很大的开发利用价值。风电为人们带来方便的同时应注重安全和质量的考虑。单台风力发电设备的价格昂贵,通过国内发生的几个倒塌案例可以看出,虽然风电破坏一般不会造成人员伤亡,但会给企业造成巨大的经济损失。 声发射技术是一种新型的能够实时表征物理现象本质的动态无损检测技术,已被广泛应用于工业设备的无损检测领域。与超声、磁粉、射线、渗透等常规无损检测方法相比,它具有对活性缺陷敏感、一次试验中可对被检结构件或设备进行整体监测、检验周期短、效率高等优点。金属材料的受力变形、相变、结晶凝固、位错运动以及裂纹的产生与扩展等事件都伴随着弹性能量释放,均会产生声发射信号,因此可以通过分析接收到的声发射信号来监测结构件的质量和判断结构件的完整性和安全性。综合目前风电机组倒塌事故和声发射检测的特点,将声发射技术应用于风电塔筒在线动态监测,能够探测和评价整个结构中活性缺陷的存在。 本文在广泛查阅国内外科技文献资料的基础上,归纳了声发射技术基本原理和应用现状,以风电塔筒材料Q345E钢的拉伸试验和弯曲试验为基础,研究了Q345E钢在承受拉伸及弯曲载荷时的损伤及断裂行为,讨论了其在拉伸和弯曲过程中裂纹扩展及断裂信号的声发射信号特征,给出了损伤类型和各阶段的声发射特性,探讨了声发射技术可用于风电塔筒动态监测的可行性,结果表明声发射信号能够对Q345E钢的拉伸断裂及弯曲过程进行较好的表征,为风电塔筒的声发射动态监测提供了基础数据参考。 通过风电塔筒现场试验,获取了在风机工作过程中风电塔筒底部螺栓连接处典型声发射源的声发射特性,并通过磁记忆技术进行复验,现场试验结果表明,声发射检测结果与磁记忆检测结果基本一致,声发射技术可对塔筒的动态缺陷进行准确的定位,进一步论证了声发射技术在塔筒动态安全监测中的可行性。首次试验结果也为以后深入检测提供了基础数据。声发射技术在风电塔筒动态监测中的应用还处于起步阶段,对于风机工作现场的声发射源缺乏认识。因此,研究风机工作现场的声发射源特性、寻求有效的声发射源识别方法是目前检测中急需解决的问题,也是制定风电塔筒声发射检测标准和开展现场检验的前提。 【关键词】：风电塔筒 声发射 裂纹 参数 频谱
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG115.28
【目录】：

• 目录5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 风电塔筒的安全检测11-12
• 1.3 声发射技术的国内外研究现状12-14
• 1.4 研究内容及意义14-15
• 1.4.1 研究内容14-15
• 1.4.2 风电塔筒动态监测的研究意义15
• 1.5 本章小结15-16
• 第2章 声发射技术原理及工程应用16-24
• 2.1 声发射检测原理16-17
• 2.2 声发射技术特点17-18
• 2.3 声发射信号的处理分析方法18-20
• 2.3.1 声发射信号的参数分析方法18-19
• 2.3.2 声发射信号的波形分析方法19-20
• 2.4 声发射源定位技术20-21
• 2.5 声发射噪声来源与消除21-23
• 2.6 声发射技术在工程中的应用23
• 2.7 本章小结23-24
• 第3章 塔筒钢材Q345E拉伸试验的声发射源特性研究24-38
• 3.1 试验目的24
• 3.2 试验系统及方案24-26
• 3.2.1 试验系统24-25
• 3.2.2 试验方案25-26
• 3.3 拉伸试验声发射信号特征分析26-37
• 3.3.1 A试件(带预置缺陷)拉伸试验的声发射特征及分析27-32
• 3.3.2 B试件(无缺陷)拉伸试验的声发射特征及分析32-36
• 3.3.3 两种试件拉伸过程的声发射特征对比36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 塔筒钢材在弯曲过程的声发射源特性研究38-44
• 4.1 试验目的38
• 4.2 试验系统及方案38-39
• 4.3 弯曲试验声发射信号特征分析39-43
• 4.3.1 弯曲过程的声发射参数特征39-42
• 4.3.2 弯曲过程定位声发射信号的频谱特征42-43
• 4.3.3 弯曲过程声发射事件的定位特征43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 风电塔筒现场声发射试验研究44-52
• 5.1 试验目的44
• 5.2 风电塔筒受力分析及载荷分布情况44-46
• 5.3 试验系统及方案46-47
• 5.4 现场试验声发射信号特征分析47-50
• 5.5 现场试验磁记忆复验结果50-51
• 5.6 本章小结51-52
• 第6章 结论与展望52-54
• 6.1 主要结论52-53
• 6.2 不足与展望53-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-59
• 附录 攻读硕士期间所发表的论文59

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