基于有限元的管状基体涂层厚度涡流法测量仿真研究

发布时间：2017-10-15 14:01

  本文关键词：基于有限元的管状基体涂层厚度涡流法测量仿真研究

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【摘要】：涂敷非金属涂层的金属管道或管状型容器在石油、化工、航空航天等领域有着十分广泛的应用，而涂层厚薄直接影响管道或容器的使用性能。因此在涂敷完成或者长时间工作后，必须对其厚度进行测量。因此，研究管状金属基体涂层厚度的测量具有一定的实际意义。 根据麦克斯韦方程组，推导了三维涡流场的数值计算模型；并根据涡流检测的边界条件和几何特征，结合有限元建模理论，，采用ANSYS有限元分析对其进行仿真研究，建立了涡流检测管状基体涂层厚度的三维有限元仿真模型，通过电磁场谐性分析得到了电磁场的磁力线分布、被测体的涡流分布以及线圈的阻抗值。 本文针对影响涡流法测量管状基体涂层厚度准确性的影响因素，从线圈阻抗的角度分析了管状基体的曲率半径变化、厚度对涡流信号及涂层测量精度的影响，并对探头线圈的阻抗值进行归一化；通过获取平板标定曲线的方法验证了管状基体涂层厚度涡流检测有限元仿真的可行性和准确性，得出了满足测量精度的管状基体的曲率半径和厚度范围； 通过研究探头线圈几何参数对探头性能的影响，给出了探头性能优化的方法。以涡流测厚的理论分析为基础，搭建了涡流测厚实验平台，利用涡流探头对不同管状基体上的提离距离进行测量及误差分析，实验结果表明：使用该探头可以测量曲率半径大于60mm、厚度大于4mm的管状基体上的涂层厚度，5mm涂层的测量精度基本可达到0.1mm,为涡流测量管状基体涂层的实际应用提供了有价值的参考。
【关键词】：涡流检测 管状基体 涂层厚度测量 有限元 线圈阻抗
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG115;TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 涡流测厚的国内外现状10-11
• 1.2.2 涡流仿真计算的国内外现状11-12
• 1.3 课题研究的主要内容12-13
• 第二章 涡流测厚相关理论及数值计算方法13-22
• 2.1 涡流测厚基本理论13-17
• 2.1.1 涡流测厚的原理13-16
• 2.1.2 涡流测厚的影响因素分析16-17
• 2.1.3 涡流测厚的趋肤效应17
• 2.2 涡流场数值计算的电磁场理论基础17-19
• 2.2.1 麦克斯韦方程组17-18
• 2.2.2 电磁场分析中的边界条件18-19
• 2.3 涡流场数值计算的数学模型19-21
• 2.4 涡流场数值计算的具体实现21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 管状基体涂层厚度涡流检测的三维有限元仿真22-43
• 3.1 有限元仿真的理论基础22-23
• 3.2 管状基体涂层厚度测量的三维建模及仿真分析23-29
• 3.2.1 参数化（APDL）几何建模23-26
• 3.2.2 网格划分26-27
• 3.2.3 定义边界条件27-28
• 3.2.4 施加载荷及求解28
• 3.2.5 后处理过程及分析28-29
• 3.3 涂层厚度涡流法测量的影响因素分析29-35
• 3.3.1 管状基体曲率变化对涡流信号的影响30-31
• 3.3.2 管状基体厚度对涡流信号的影响31-33
• 3.3.3 探头提离变化对涡流信号的影响33-35
• 3.4 有限元分析管状基体涂层厚度测量的可行性验证35-38
• 3.5 探头线圈尺寸对涡流探头性能的影响38-41
• 3.5.1 线圈匝数不变38-40
• 3.5.2 线圈匝数密度不变40-41
• 3.6 有限元仿真综合分析41-42
• 3.7 本章小结42-43
• 第四章 涂层厚度涡流法测量的实验研究43-50
• 4.1 涡流测厚实验平台的搭建及试件的制作43-45
• 4.2 涂层测厚的步骤45-47
• 4.3 实验测量结果与仿真结果的对比分析47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 总结和展望50-52
• 5.1 本文完成的主要工作50
• 5.2 工作展望50-52
• 参考文献52-56
• 攻读硕士学位期间发表的论文和研究成果56-57
• 致谢57-58

【参考文献】

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本文编号：1037504