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应力波管道检测技术是一种方法简单、容易施工、检测管段长、开挖土地面积小并且能够实现动态检测的方法,而水锤是一种伴随着管道工况变化而时常发生的现象,并且由于其蕴含的巨大能量往往会引起强烈的管道振动,而且往往很难避免。当管道存在奇点(管道物理特性突变点,如应力集中、腐蚀、结垢、泄漏)时,管道、流体、其它边界条件的物理参数有可能发生一个或都多个改变,因此利用水锤激发的管道应力波振动,通过分析不同条件参数下管道应力和应力波的特性,研究检测管道健康和预防管道泄漏的方法,对减少资源浪费和防止安全隐患都具有重要价值。应力波在管道中的传播特性依赖于激励特性、管道材料的特性、结构及流体特性、流态等环境因素,本文采用有限元仿真软件和实验检测方法,以线弹性输流管道系统为研究对象,模拟阀门的突然关闭产生的水锤冲击管道激发的振动响应。具体研究内容如下:1.研究不同环境物理条件及参数(包括管道的弹性模量、内径和壁厚;流体的流速和密度等)下水锤压力波的幅值、周期变化。2.研究不同环境物理条件及参数下管道阀门端由于水锤效应激发的应力变化曲线。3.利用短时傅里叶变换(STFT)研究不同环境物理条件及参数下水锤激发管道应力波轴向振动响应的时频特性。结果表明,不同参数条件下水锤的压力变化量、周期与理论值相符,管道的杨氏模量、内径、壁厚与第一次水锤压力变化量呈非线性关系,流体的流速、密度与第一次水锤变化量呈线性关系。管道阀端应力的幅值受到水锤冲击力、流体和管道的物理参数的共同影响,所以阀端应力的周期性变化与水锤压力波的周期不同。在水锤冲击作用下,输流管道会产生时域幅频分布丰富的应力波响应,流体参数的变化对振幅的影响更为显著,管道参数的变化对振动频率的影响更为显著。应力波轴向振动随物理参数变化的幅频特性包括:(1)流体流速和流体密度增大会使水锤压力大幅度增大,因此应力波的幅值随之较大幅度增大;而管道的杨氏模量、内径和壁厚增大会使应力波的幅值小幅度减小。(2)管道的杨氏模量、内径,流体的密度增大会使应力波的整体振动频率增大,管道的壁厚增大会使应力波的整体振动频率减小。(3)流体流速只对应力波的振幅有影响,对振动模式和频率没有影响。(4)在相同的固定参数下,改变单一变量对水锤激发的应力波时频特性都有不同的影响。