基于CEL方法的压差式管道内检测器通过性研究

摘要

压差式管道内检测器作为主要的管道检测设备，在流体的推动作用下完成对管道的扫描和检测，检测器的运动状态主要取决于检测器前后两端形成的压力差，以及在运动过程中受到的摩擦等阻力。要完成对管道的检测工作，必须保证检测器在运行过程中的良好通过性，目前对于检测器通过性的研究主要以一维二维理论分析，或者三维简化模型进行相关的探索，与检测器的实际应用相距甚远。本文以实际工程应用为背景，基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法对检测器的通过性问题进行分析和研究。
　　首先，本文基于CEL方法，建立了管道内检测器运动的流固耦合模型，并对CEL方法做了详细阐述。在建模过程中，通过单轴拉伸实验研究了聚氨酯橡胶皮碗材料力学特性，通过对比分析，确定采用Mooney-Rivlin超弹性本构模型来描述聚氨酯橡胶材料的超弹性、非线性力学行为。通过对单舱段检测器在管内运行的数值仿真算例进行分析，验证了流固耦合模型的合理性。
　　其次，建立了单舱段检测器在直管和弯管内运行的动力学解析模型，并通过设定主要参数由MATLAB输出结果与模拟仿真结果进行对比，验证了CEL数值模拟方法的正确性。通过改变检测器产品本身的结构以及直管或弯管的结构进行仿真，探究了不同结构改变对检测器管内通过性影响规律，得出了检测器通过不同管道的关键尺寸合理区间。
　　然后，建立了双舱段检测器的受力模型，分析了检测器在管道内运行的受力过程。基于实际的工程应用，探究在不同工作环境下，双节检测器的受力特点，得出双舱段检测器在直管和弯管内顺利通过的关键尺寸约束范围。为压差式管道内检测器结构的优化设计提供依据和参考。
　　最后，对管道内检测器流固耦合模型进行参数化模型建立，完成自定义用户界面的二次开发，首先对检测器零部件组成进行参数化建模;接着完成1～5舱段的参数化仿真建模过程;最后，通过数值仿真算例验证开发程序的合理性和高效性。

目录

声明

摘要

1．1研究背景及意义

1．2管道内检测器的研究现状

1．2．1管道内检测器的分类

1．2．2国外压差式管道内检测器的发展状况

1．2．3国内压差式管道内检测器的发展状况

1．2．4管道内检测器通过性存在的问题

1．3本文研究的主要内容

第2章基于CEL方法的管道内检测器流固耦合模型建立

2．1引言

2．2基于CEL方法的流固耦合模型建立

2．2．1 CEL方法

2．2．2流体状态方程

2．2．3橡胶材料超弹性本构模型

2．2．4流固耦合边界提取

2．2．5边界条件

2．3管道内检测器数值算例

2．4本章小结

第3章单舱段管道内检测器通过性分析

3．1引言

3．2直管通过性分析

3．2．1检测器直管动力学分析

3．2．2数值模拟方法的验证

3．2．3通过性影响因素分析

3．3弯管通过性分析

3．3．1几何约束

3．3．2受力分析

3．3．3运动方程

3．3．4数值模拟方法的验证

3．3．5通过性影响因素分析

3．4本章小结

第4章双舱段管道内检测器通过性分析

4．1引言

4．2双舱段检测器力学模型建立

4．3通过性影响因素分析

4．3．1管道缩径对通过性的影响

4．3．2管道弯曲角度对通过性的影响

4．3．3舱段长度对通过性的影响

4．3．4万向节长度对通过性的影响

4．3．5开孔数量对通过性的影响

4．3．6万向节受力分析

4．4本章小结

第5章管道内检测器参数化建模

5．1引言

5．2基于CEL方法的检测器建模流程

5．3参数化建模在ABAQUS中的实现

5．3．1 ABAQUS软件及其二次开发简介

5．3．2主要的程序文件组成

5．3．3用户界面的实现

5．4管道内检测器参数化建模

5．4．1检测器零部件组成参数化

5．4．2检测器接触与运动参数化

5．4．3仿真算例

5．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢