基于力磁效应的角焊缝缺陷检测实验与有限元仿真对比研究

发布时间：2017-08-14 09:41

  本文关键词：基于力磁效应的角焊缝缺陷检测实验与有限元仿真对比研究

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【摘要】：角焊缝是一种在钢结构中应用广泛的焊缝,常常工作在极其恶劣的环境中,容易发生损伤造成安全事故,因此对角焊缝的检测显得尤为重要。金属磁记忆技术是一项新的无损检测技术,既能检测宏观损伤,还可检测隐性损伤。本文将磁记忆技术应用到角焊缝检测中,通过实验和有限元仿真等方法分析了角焊缝处的磁记忆信号变化规律。在理论分析的基础上,对相交管道和压力容器的角焊缝磁记忆检测实验,结果表明:随着内压的增大,角焊缝缺陷附近的法向磁记忆信号和切向磁记忆信号峰峰值和梯度值均在不断增大。对于相交管道角焊缝而言,相比于直焊缝,斜焊缝的峰峰值较大,说明随着角焊缝角度的减小,其峰峰值不断增大,损伤程度加剧。通过ANSYS有限元软件对内压作用下的角焊缝实验进行有限元模拟,得出不同状态下的角焊缝的应力分布并进行力磁耦合。由于ANSYS不能直接模拟力磁耦合,因此需找一种合理的力磁耦合模型和方法来进行ANSYS分析。本文首先利用ANSYS对角焊缝进行应力分析,得到不同内压下的应力分布,然后通过能量守恒原理推导得出应力与磁导率的等效关系,从而将力磁耦合问题转化为ANSYS磁场分析问题,进而得出不同应力下的磁感应强度分布情况。最后将有限元仿真结果与磁记忆检测实验结果进行对比,得出磁记忆实测曲线与有限元仿真的磁感应强度分布曲线是一致的。最后通过现场角焊缝磁记忆检测表明磁记忆检测可以应用于工程实际,促进了角焊缝磁记忆检测领域的发展。
【关键词】：力磁效应 角焊缝 缺陷检测 有限元仿真
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG441.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 背景目的及意义8
• 1.2 磁记忆检测技术概念8-9
• 1.3 磁记忆检测的国内外研究现状9-11
• 1.4 角焊缝检测方面的研究现状及分析11-12
• 1.4.1 角焊缝常用无损检测方法11
• 1.4.2 角焊缝检测研究现状11-12
• 1.5 主要研究内容12-13
• 第二章 磁记忆检测技术研究13-20
• 2.1 物质的磁化13-14
• 2.1.1 弱磁物质的磁化13-14
• 2.1.2 铁磁物质的磁化14
• 2.1.3 磁滞回线14
• 2.2 磁机械效应14-15
• 2.2.1 磁扭转效应及其逆效应15
• 2.2.2 磁弹性效应15
• 2.2.3 自发磁化强度的压力效应15
• 2.3 金属磁记忆检测原理15-17
• 2.3.1 磁记忆检测原理15-17
• 2.3.2 地磁场的作用17
• 2.4 金属磁记忆检测特点17-18
• 2.5 金属磁记忆检测设备18-19
• 2.6 本章小结19-20
• 第三章 管汇处直角与斜角角焊缝磁记忆检测实验20-27
• 3.1 实验材料20-21
• 3.2 实验设备21
• 3.3 实验方案及过程21-22
• 3.4 实验结果分析22-26
• 3.4.1 不同载荷下直角焊缝MMM信号变化规律22-24
• 3.4.2 不同载荷下，斜角焊缝MMM信号变化规律24-25
• 3.4.3 直角与斜角角焊缝MMM信号对比25-26
• 3.5 本章小结26-27
• 第四章 压力容器直角角焊缝磁记忆检测实验27-34
• 4.1 实验材料及设备27
• 4.2 实验方案27-29
• 4.3 实验结果分析29-33
• 4.3.1 1 号件磁记忆测试数据及分析29-30
• 4.3.2 2 号件磁记忆测试数据及分析30-31
• 4.3.3 3 号件磁记忆测试数据及分析31-33
• 4.4 本章小结33-34
• 第五章 角焊缝有限元力磁仿真与现场磁记忆检测34-56
• 5.1 ANSYS软件概述34-36
• 5.1.1 ANSYS分析类型34-35
• 5.1.2 ANSYS软件组成35
• 5.1.3 ANSYS耦合场分析35-36
• 5.2 力磁耦合模型介绍36-39
• 5.3 相交管道角焊缝有限元仿真39-49
• 5.3.1 相交管道角焊缝应力有限元计算39-43
• 5.3.2 相交管道角焊缝力磁耦合ANSYS计算43-45
• 5.3.3 相交管道角焊缝力磁耦合ANSYS结果分析45-49
• 5.4 压力容器角焊缝有限元仿真49-52
• 5.4.1 压力容器角焊缝应力有限元计算49-50
• 5.4.2 压力容器角焊缝力磁耦合ANSYS计算50-51
• 5.4.3 压力容器角焊缝力磁耦合ANSYS结果分析51-52
• 5.5 现场磁记忆检测52-55
• 5.6 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-60
• 作者简介、发表文章及研究成果目录60-61
• 致谢61-62

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本文编号：672021