钢丝绳缺陷漏磁场的有限元仿真研究

论文摘要

钢丝绳在许多领域中得到广泛的应用,其安全使用具有重要的社会效益和经济效益。目前,电磁探伤设备大多只给出钢丝绳表面的一维的漏磁信号,并通过分析该信号的特征以及资深者的经验对钢丝绳缺陷进行识别,这种基于一维信号的无损检测方式目前已可定性检出绝大多数的损伤,但因缺陷漏磁信号的复杂性与多态性、周向漏磁信息分布的缺失等因素影响,与缺陷定量检测还有较大差距。论文在系统分析了国内外钢丝绳无损检测技术历史及现状的基础上,确定了以“钢丝绳断丝损伤特征参数与漏磁场关系”为研究方向。以这一研究方向为中心,作者在如下几个方面进行了理论研究和相关的仿真工作:(1)在有限元计算模型的基础上,对缺陷的相关参数(缺陷宽度、缺陷深度、提离距离等)与漏磁场分布的关系进行了理论计算,得到了漏磁场与这些参数的理论关系。(2)分析了单回路励磁、双回路励磁与多回路励磁方式对漏磁场的影响,并对其进行了仿真研究,通过比较三种不同永磁励磁机构对钢丝绳励磁均匀性,得出了多回路励磁方式的优越性。(3)对影响漏磁场分布的相关参数(缺陷宽度、缺陷深度、缺陷倾斜角、缺陷形状及缺陷在绳内深度)进行了仿真研究得到相关的规律及关系式,为缺陷参数的定量识别提供相关的指导。(4)对结构参数(提离距离、极靴间距及空气气隙)进行了分析说明,并进行了有限元仿真,得出了提离距离、极靴间距及空气气隙与漏磁场的关系,为励磁装置结构参数的设计提供依据。本文通过对永磁励磁方式,缺陷参数和结构参数的有限元仿真,得到其对漏磁场的影响关系,将为钢丝绳缺陷定量检测提供参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.3.1 钢丝绳无损检测技术的发展
• 1.3.2 当前主流的钢丝绳无损检测方法及其特点
• 1.3.3 钢丝绳无损检测主要进展及国内外现状
• 1.3.4 钢丝绳电磁无损检测中存在的主要问题
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 钢丝绳断丝漏磁场检测理论
• 2.1 引言
• 2.2 电磁场有限元分析原理
• 2.3 磁场理论计算分析
• 2.3.1 模型的建立
• 2.3.2 理论计算分析
• 2.4 计算结果分析
• 2.4.1 深度对缺陷漏磁场的影响
• 2.4.2 缺陷漏磁场参数随提离高度的变化
• 2.4.3 缺陷宽度对缺陷漏磁场的影响
• 2.4.4 漏磁场随轴向位置的变化规律
• 2.5 本章小结
• 第3章 励磁方式的有限元仿真
• 3.1 引言
• 3.2 不同励磁方式的分析
• 3.3 永磁励磁回路的分析
• 3.4 漏磁场有限元方法
• 3.5 ANSYS有限元分析软件在磁场分析中的应用
• 3.6 钢丝绳无损检测励磁方式的仿真分析
• 3.6.1 单回路励磁方式仿真
• 3.6.2 双回路励磁方式仿真
• 3.6.3 多回路励磁方式仿真
• 3.7 本章小结
• 第4章 缺陷相关参数对漏磁场影响的仿真
• 4.1 引言
• 4.2 缺陷参数的有限元仿真
• 4.2.1 表面缺陷深度对漏磁场的影响
• 4.2.2 表面缺陷宽度对漏磁场的影响
• 4.2.3 缺陷在绳内深度对漏磁场的影响
• 4.2.4 缺陷形状对漏磁场的影响
• 4.2.5 缺陷倾斜角对漏磁场的影响
• 4.2.6 漏磁场轴向分量和径向分量的分布关系
• 4.3 本章小结
• 第5章 结构参数对漏磁场影响的仿真
• 5.1 引言
• 5.2 励磁磁路结构尺寸的计算
• 5.3 提离距离对漏磁场检测的影响
• 5.4 极靴间距对漏磁场的影响
• 5.5 空气间隙对漏磁场的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢