基于有限元仿真的新型涡流探头的设计及应用

发布时间：2017-08-28 02:11

  本文关键词：基于有限元仿真的新型涡流探头的设计及应用

  更多相关文章： 麦克斯韦电磁理论 有限元 新型差动式涡流探头 阵列式涡流探头 辅助装置自动化 缺陷检测

【摘要】：本文结合涡流检测的工程实际应用,以压力容器各种管路部件的涡流检测应用为背景,深入研究了常规及阵列三维涡流检测技术在有限元场路耦合问题上的理论建模分析,结合工程实际完成两种新型探头的设计及应用,主要研究内容如下:论文以麦克斯韦电磁理论为基础,针对三维涡流场--电路耦合问题中的边界条件展开了有限元软件模拟仿真设计,通过ANSYS Workbench、Maxwell、Origin和MATLAB等软件实现模拟仿真设计及分析,克服了传统数值分析方法的繁琐及工作量大的困扰,并通过试验验证了其可靠性,结果证明用有限元仿真设计切实可行。本文通过有限元仿真设计了两种新型涡流探头,分别是差动式涡流探头及阵列涡流探头。线圈互感包含着各种检测信息,为能从中提取缺陷特征进行定量分析,使线圈互感由干扰因素转变为有用信息,用ANSYS Workbench软件建立符合实际检测情况的三维涡流场-电路耦合有限元模型,从外部电路电阻节点分时分步提取检测线圈感应电压。经过软件处理,绘制云图及曲线分布图,对缺陷长度、位置的定量化进行了分析研究。通过模拟先行与理论指导相结合,依据有限元模型设计了第一种新型差动式涡流探头,该探头与能原地旋转和水平伸缩的探头辅助设备结合以达到检测自动化,上述创意有利于新型探头检测的连续性和准确性。此外还设计了第二种新型阵列式三维探头,通过理论结合实践,既考虑仿真计算又兼顾了工程实际应用,两方面权衡设定模拟参数,并通过Maxwell circuit editor设计电路,阵列涡流传感器构造灵活,将许多小型探头线圈密布在基底材料上,构成特定的结构,呈阵列排布,外围添加激励线圈构成,采用分时切换和多路复用等技术,依次获得各线圈的涡流信号完成阵列巡回检测,还可实现三维可视化检测成像,使检测结果直观明了。试验结果表明上述方法行之有效,较以往的设计方法检测准确性有显著提高,对后续涡流探头设计研制有一定的指导意义。
【关键词】：麦克斯韦电磁理论 有限元 新型差动式涡流探头 阵列式涡流探头 辅助装置自动化 缺陷检测
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH878
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的背景意义11-13
• 1.2 涡流技术的发展历程13-15
• 1.3 涡流检测发展现状及主要趋势15-17
• 1.4 本文研究的主要内容和结构17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第2章 涡流探头设计的理论基础19-26
• 2.1 涡流检测技术的重要基本概念和原理19-22
• 2.1.1 麦克斯韦电磁理论19
• 2.1.2 趋肤效应19-21
• 2.1.3 填充系数（η）21
• 2.1.4 检测线圈与试样的相对位置（位移或提离）21-22
• 2.1.5 影响阻抗变化的几个重要参数22
• 2.2 第一种新型差动式涡流探头设计原理22-24
• 2.2.1 差动式涡流探头电路结构22
• 2.2.2 差动式涡流探头检测原理22-24
• 2.3 第二种新型阵列式涡流探头设计原理24-25
• 2.3.1 列式涡流探头排布形式24-25
• 2.3.2 阵列式涡流探头电路形式25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 涡流检测探头设计的具体方法26-37
• 3.1 涡流探头设计的主要方法理论26
• 3.2 涡流探头设计中的有限元模型26-29
• 3.2.1 涡流场--路耦合有限元模型的提出26-27
• 3.2.2 涡流场--路耦合有限元模型的理论公式27-28
• 3.2.3 涡流场--路耦合有限元模型验证28-29
• 3.3 涡流探头设计中主要影响因素及参数的确定29-31
• 3.3.1 涡流探头线圈尺寸的确定29
• 3.3.2 涡流探头线圈其他参数的确定29-30
• 3.3.3 涡流探头检测频率的确定30
• 3.3.4 涡流探头信噪比的确定30-31
• 3.3.5 涡流探头工作温度影响及确定31
• 3.3.6 涡流探头检测速度及稳定性影响及确定31
• 3.4 试验仪器支持31-36
• 3.4.1 仪器特性31-32
• 3.4.2 仪器外观32
• 3.4.3 仪器结构框图32-33
• 3.4.4 仪器转接探头介绍33-35
• 3.4.5 仪器定量化标定35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 新型差动式涡流探头的设计及应用37-47
• 4.1 新型差动式涡流检测技术原理37
• 4.2 新型涡流检测管道仿真模型37-40
• 4.2.1 场--路耦合有限元模型的参数设定37-39
• 4.2.2 有限元模型的网格划分和边界条件39-40
• 4.2.3 缺陷检测模式和检测方向选择40
• 4.3 仿真结果和分析40-43
• 4.3.1 有限元模型验证40-41
• 4.3.2 平行模式对管道横向宽槽的定量化检测41-43
• 4.4 新型探头制作及应用43-45
• 4.4.1 探头结构设计43
• 4.4.2 辅助装置结构设计43
• 4.4.3 新型探头试验43-45
• 4.5 本章小结45-47
• 第5章 新型阵列式涡流探头的模拟设计47-60
• 5.1 新型阵列式涡流检测技术原理47-49
• 5.2 新型阵列式涡流探头检测板材仿真模型49-53
• 5.2.1 场--路耦合有限元模型的参数设定49-51
• 5.2.2 有限元模型的网格划分和边界条件51-52
• 5.2.3 缺陷检测模式和检测方向选择52-53
• 5.3 仿真结果和分析53-59
• 5.3.1 有限元模型验证53
• 5.3.2 新型阵列式涡流探头检测窄缝试验模拟53-56
• 5.3.3 新型阵列式涡流探头检测凹槽试验模拟56-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士期间担任的科研任务与主要成果66-67
• 致谢67

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本文编号：746889