锅炉管壁厚电涡流检测解析建模与仿真

发布时间：2017-08-02 22:00

  本文关键词：锅炉管壁厚电涡流检测解析建模与仿真

  更多相关文章： 无损检测 锅炉管 壁厚检测 解析模型 有限元分析 线圈阻抗

【摘要】：高温高压、多烟气的工况,使得锅炉管件在使用一定时间后会产生裂纹和腐蚀穿孔等缺陷,加之流动加速腐蚀(Flow Accelerated Corrosion,FAC)的存在,极易导致有效壁厚的减薄,从而发生失效、爆管,引发严重的安全事故。因此,有必要对在役锅炉管件壁厚情况进行及时、有效的无损检测。根据锅炉管的结构特点,本文将其分为直管段和弯管段,分别进行电涡流无损检测的研究。主要研究工作如下:1.针对锅炉管直管,建立了其圆柱型检测线圈电涡流检测的解析模型。首先基于经典的Dodd-Deeds模型,通过Maxwell方程组和电磁场边界条件,建立了矢量磁位A所满足的偏微分方程;然后基于分离变量法,解得含三角函数和修正贝塞尔函数的方程解;接着采用Cheng提出的矩阵迭代方法,将所得解中未知系数的求解扩展到任意层,从而建立了多层直管导体的积分形式解析模型,并给出了利用其进行指定层数计算的实例;最后通过该模型,推导了锅炉管直管电涡流检测线圈感应电压及阻抗的积分形式解析表达式。2.针对所建立积分模型求解方法上的困难,建立了锅炉管直管电涡流检测级数形式的解析模型。首先使用截断区域展开式法,将求解范围限定在一定半径的圆柱区域内,从而将无穷积分变为无穷级数的形式;然后利用叠加原理,建立多层导体多匝线圈电涡流检测的级数形式解析模型;接着使用MATLAB编译了多层导体模型的计算程序,并将计算结果与已有文献进行了对比验证;最后使用所建立的多层模型,推导了锅炉管直管电涡流检测级数形式的解析解。3.针对锅炉管弯头复杂的曲面结构,建立了锅炉管弯头电涡流检测的三维有限元仿真模型。首先介绍了ANSYS的常规求解步骤及其电磁场模块的具体使用方法;然后使用SOLID97三维电磁场分析单元,建立了放置式探头、90°弯管以及空气层的有限元模型;最后研究了弯管内外侧曲面对于检测线圈阻抗的影响。4.搭建了电涡流检测实验平台,对直管解析模型、弯管数值仿真模型进行了实验验证。首先搭建了基于NI公司的PXIe系统的信号发生、接收和处理模块;然后设计制作了包含滤波电路的前置放大模块,并介绍了该模块电路的功能。最后通过各模块的连接、整体调试,完成实验平台的搭建,并对上述所建立的理论模型进行了实验验证。本文的研究工作可为锅炉管电涡流检测的研究提供一定的理论支持,也有助于电涡流检测技术在工业管线上进一步的推广应用。
【关键词】：无损检测 锅炉管 壁厚检测 解析模型 有限元分析 线圈阻抗
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK228
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题概述9-11
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题的提出9-11
• 1.2 无损检测概述11
• 1.3 导电材料的无损检测技术11-14
• 1.4 锅炉管涡流检测国内外研究概况14-17
• 1.5 论文主要内容安排17-19
• 第2章 锅炉管直管电涡流检测积分形式解析模型19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 积分模型的建立19-28
• 2.2.1 基本模型的建立19-23
• 2.2.2 已知层数导体计算实例23-28
• 2.3 积分形式下单层锅炉管电涡流检测计算实例28-30
• 2.4 小结30-31
• 第3章 锅炉管直管电涡流检测级数形式解析模型31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 空气中线圈的级数解析模型31-35
• 3.2.1 空气中单匝线圈的级数解析模型31-34
• 3.2.2 空气中多匝线圈级数解析模型34-35
• 3.3 单层导体多匝线圈的级数解析模型35-36
• 3.4 多层导体多匝线圈的级数解析模型36-38
• 3.5 多层导体模型计算与结果对比38
• 3.6 级数形式下单层锅炉管电涡流检测计算实例38-39
• 3.7 小结39-40
• 第4章 锅炉管弯管电涡流检测的数值仿真40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 有限元分析方法的简介40-42
• 4.2.1 有限元方法基本原理40-41
• 4.2.2 有限元方法的求解步骤41
• 4.2.3 ANSYS软件的电磁模块41-42
• 4.3 有限元仿真模型的建立与求解42-43
• 4.3.1 建立模型42-43
• 4.3.2 网格划分43
• 4.3.3 加载与求解43
• 4.4 仿真结果分析43-48
• 4.5 小结48-49
• 第5章 实验平台搭建和研究结果验证49-56
• 5.1 引言49
• 5.2 实验平台的总体构成49-53
• 5.2.1 控制与分析模块50-51
• 5.2.2 信号放大模块51
• 5.2.3 探头和信号调理模块51-53
• 5.3 实验结果与分析53-55
• 5.4 小结55-56
• 第6章 总结与展望56-58
• 6.1 全文总结56-57
• 6.2 研究展望57-58
• 参考文献58-62
• 致谢62-63
• 附录1 级数解析模型的部分求解程序63-65
• 附录2 攻读学位期间获得的研究成果65

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本文编号：611366