基于有限元分析的管材涡流检测参数优化方法

论文摘要

涡流检测是五大常规无损检测技术之一,具有易耦合、速度快、成本低、易于实现自动化检测等优点,在核电、航空、石化、电力、冶金等各个工业领域发挥了越来越重要的作用。每年大量金属管材广泛应用于以上各工业领域,管材的无损检测直接影响到经济效益和人员的生命安全,世界各国都对金属管材的质量检测给以极大的重视。然而涡流检测的局限性如易受多种因素影响而产生伪缺陷信号,引起判定困难,容易发生误检,这使得涡流检测的应用受到一定程度的限制。在涡流检测中,对于一定结构的探头,检测设备的检测参数特别是检测频率是决定检测灵敏度和可靠性的主要因素。为了全面可靠地对管材进行检测和质量控制,就必须选择最优的检测参数,以促进现有涡流检测技术向更高可靠性进步和促进涡流检测技术的进一步应用。本文在详细阐述现存金属管材涡流检测参数如激励频率选择方法的基础上,指出了现有涡流检测激励频率选择方法的根本问题在于,只能得到比较好的激励频率,而不是最好,因此得不到最好的检测效果。为此本文在现代涡流检测理论和技术的基础上,提出了用电磁场有限元法选择金属管材涡流检测的激励频率,用这种新方法克服现有管材涡流检测参数选择方法的缺点。本文以不锈钢管为例,探讨用穿过式和内插式探头检测金属管材的最佳检测参数。首先对内插式和穿过式探头检测管材时的电磁场进行有限元分析,接着利用ANSYS软件实现了缺陷信号的仿真,得出了不同条件下缺陷信号的幅度和相位,从而找出最佳激励频率。最后按照仿真中所设定的检测条件进行涡流检测实验,验证有限元法选择检测频率的可靠性和准确性。实验得到的不同条件下缺陷信号的幅度和相位与仿真得到的完全符合。这表明用缺陷信号的仿真找出最佳检测参数,不仅是可行的,也是十分精确和可靠的。基于本文的研究,得出管材涡流检测参数优化的新方法:ANSYS软件仿真不同频率下的涡流检测信号,比较不同频率下的缺陷信号,选择对于内外壁缺陷灵敏度都高的检测频率,并且使内外壁缺陷信号的相位差接近最大。它的优点在于,用选出的最佳频率进行检测,可得到最好的检测效果,既能兼顾内外壁缺陷的检测灵敏度,又能从信号相位上将内外壁缺陷区分开。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 涡流检测概述
• 1.1.1 涡流检测的特点和应用
• 1.1.2 涡流检测的发展概况和新技术
• 1.2 选题背景与研究意义
• 1.3 涡流检测电磁场有限元分析技术的国内外研究现状
• 1.4 本文内容安排
• 2 现存金属管材涡流检测频率选择方法
• 2.1 基于线圈阻抗分析的特征频率法
• 2.1.1 线圈阻抗分析
• 2.1.2 特征频率法
• 2.1.3 特征频率法在穿过式和内插式探头检测金属管材频率选择中的运用
• 2.2 基于金属管材人工缺陷的实验法
• 2.3 小结
• 3 管材涡流检测系统的电磁场有限元分析
• 3.1 有限元分析法
• 3.1.1 有限元分析法基本概念
• 3.1.2 有限元分析基本步骤
• 3.1.3 电磁场有限元数学模型
• 3.2 管材涡流检测电磁场的有限元计算
• 3.2.1 管材涡流检测的电磁场方程与边界条件
• 3.2.2 管材涡流检测电磁场的有限元计算
• 3.3 小结
• 4 管材涡流检测系统的ANSYS仿真分析
• 4.1 有限元仿真软件ANSYS介绍
• 4.1.1 ANSYS软件使用步骤说明
• 4.1.2 管材涡流检测系统仿真分析流程
• 4.2 仿真分析模型的建立
• 4.3 仿真计算
• 4.4 缺陷信号的仿真分析
• 4.4.1 缺陷信号的仿真依据
• 4.4.2 缺陷信号的仿真
• 4.5 小结
• 5 基于仿真缺陷信号的检测频率选择
• 5.1 内插式探头检测不锈钢管外壁缺陷的频率选择
• 5.2 穿过式探头检测不锈钢管内外壁缺陷的频率选择
• 5.2.1 不同检测频率下的内外壁环槽缺陷的仿真信号
• 5.2.2 基于仿真信号的检测频率选择
• 5.2.3 缺陷深度变化对频率选择结果的仿真分析
• 5.3 小结
• 6 有限元法选择频率的实验验证
• 6.1 探头和不锈钢管的设计制作
• 6.2 内插式探头和穿过式探头检测不锈钢管的涡流检测实验
• 6.2.1 实验仪器及调试
• 6.2.2 实验内容及分析
• 6.3 实验结果与仿真结果的对比分析
• 6.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢