随着经济社会的发展,国内城市化水平日益提高,不论是工业还是民用的各种气、液输运都要求更加高效、安全的管道运输网络,但管道长期处在腐蚀、潮湿环境下,工作环境异常恶劣,极容易受到不同程度的损伤而发生泄漏,轻则造成资源浪费,重则造成人员伤亡。针对管道开展损伤识别研究,是科学建立预警机制的必然路径,对保证管道系统正常运转具有重要意义。然而传统的管道无损检测手段需要沿管道进行逐点检测,工作效率低下的同时容易发生漏检,且传统检测手段需要被测管道暴露待检部位,当管道埋置于地下时就无法进行有效检测。导波检测技术作为一种新兴的无损检测技术,因其长距离、全截面、高速检测的优点而具有良好的应用前景。目前,国内外的学者对基于导波的管道损伤识别技术进行了大量研究,取得了一定的成果,但在导波频散曲线的绘制、管道损伤程度的定量分析以及含异构管道的损伤定位等方面仍然存在一些问题亟待解决,因此基于导波技术进行有关管道损伤识别的研究工作具有重要意义。本文采用理论推导与有限元分析相结合的研究方式,从导波频散特性出发,编制了导波频散及导波结构分析程序,建立了多种损伤工况并利用回波定位原理对损伤的方位进行了识别,基于人工神经网络技术建立了管道损伤程度的量化分析模型,并且研究了异构管道的损伤识别问题。本文涉及弹性动力学、导波理论、离散数学及编程、神经网络等学科领域,通过理论及有限元分析,得到了对导波技术实用化具有参考价值的结论。本文的研究工作总结如下:1)以弹性动力学中的Navier’s方程为基础,通过理论推导建立了用以描述导波任一模态下频率-波速关系以及导波结构的频散方程。通过编制相应程序得到了有关导波频散方程的数值解并绘制了导波频散曲线,由此可以获得任一模态下导波波速的数值,从而利用回波定位原理对管道上的损伤进行定位。2)详细描述了管道导波检测所采用的有限元模型的建模过程,包括分析模块的选取、损伤模拟方法、激励设定等,通过对比由数值方法得到的导波波速与有限元模型中得到的导波波速,验证了相关建模过程的合理性,为进一步研究损伤定位方法及损伤程度的量化分析提供了基础。3)基于所验证的建模方法,建立了包含周向裂缝和轴向裂缝的管道模型,并分别研究了两种损伤条件下纵向导波和扭转导波对损伤方位的识别效果,对比分析了位移、加速度和应变回波信号在损伤识别性能上的优劣;建立了包含不同损伤方位、损伤几何尺寸共18种工况下的管道模型,并以此研究了损伤方位及损伤几何尺寸对损伤检测效果的影响。4)建立了具有不同损伤程度的管道有限元模型,在导波位移回波信号的基础上构造了用于进行管道损伤程度识别的损伤指标位移回波包络;建立了基于BP训练算法的神经网络并对所建立的损伤管道进行了损伤程度识别,结果表明位移回波包络作为神经网络的输入参数能够有效指示管道损伤的程度。5)采集了纵向导波和扭转导波两种模态下的回波信号并在其中加入噪声,对比分析了不同的噪声水平对导波损伤定位能力的影响;基于小波理论建立了有效的除噪方法并对比了硬阀值法和软阀值法两种方法的除噪效果。6)建立了弯管异构管道模型并研究了弯管对导波回波强度的影响,通过建立包括不同弯曲角度以及具有不同几何尺寸裂缝的弯管共16种工况,综合讨论了弯管角度以及裂缝尺寸对损伤定位的影响。建立了含接口的异构管道模型,研究了接口对于导波损伤定位能力的影响。通过将附属构件进行一定的简化,建立了含附属构件的异构管道模型,并在有历史检测数据以及无历史检测数据两种情况下分别讨论了管道损伤的识别策略。本文的创新之处在于:1)以Navier’s方程为基础,建立了描述导波频率与波速关系的频散方程并编制了相应的求解程序,通过该程序能够确定任意指定模态导波波速,从而对损伤的方位进行识别;基于奇异值分解法建立了各模态下导波结构的求解方法,从而为导波模态的选择提供了依据。2)在传统单点位位移回波信号的基础上,提出了基于多点位位移回波信号的损伤指标,将该指标作为神经网络的输入参量,能够对管道的损伤程度进行识别,并且结果具有更高的精度和稳定性。