本文關(guān)鍵詞：鍋爐管壁厚電渦流檢測解析建模與仿真

  更多相關(guān)文章： 無損檢測 鍋爐管 壁厚檢測 解析模型 有限元分析 線圈阻抗

【摘要】：高溫高壓、多煙氣的工況,使得鍋爐管件在使用一定時間后會產(chǎn)生裂紋和腐蝕穿孔等缺陷,加之流動加速腐蝕(Flow Accelerated Corrosion,FAC)的存在,極易導(dǎo)致有效壁厚的減薄,從而發(fā)生失效、爆管,引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此,有必要對在役鍋爐管件壁厚情況進(jìn)行及時、有效的無損檢測。根據(jù)鍋爐管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),本文將其分為直管段和彎管段,分別進(jìn)行電渦流無損檢測的研究。主要研究工作如下:1.針對鍋爐管直管,建立了其圓柱型檢測線圈電渦流檢測的解析模型。首先基于經(jīng)典的Dodd-Deeds模型,通過Maxwell方程組和電磁場邊界條件,建立了矢量磁位A所滿足的偏微分方程;然后基于分離變量法,解得含三角函數(shù)和修正貝塞爾函數(shù)的方程解;接著采用Cheng提出的矩陣迭代方法,將所得解中未知系數(shù)的求解擴(kuò)展到任意層,從而建立了多層直管導(dǎo)體的積分形式解析模型,并給出了利用其進(jìn)行指定層數(shù)計算的實例;最后通過該模型,推導(dǎo)了鍋爐管直管電渦流檢測線圈感應(yīng)電壓及阻抗的積分形式解析表達(dá)式。2.針對所建立積分模型求解方法上的困難,建立了鍋爐管直管電渦流檢測級數(shù)形式的解析模型。首先使用截斷區(qū)域展開式法,將求解范圍限定在一定半徑的圓柱區(qū)域內(nèi),從而將無窮積分變?yōu)闊o窮級數(shù)的形式;然后利用疊加原理,建立多層導(dǎo)體多匝線圈電渦流檢測的級數(shù)形式解析模型;接著使用MATLAB編譯了多層導(dǎo)體模型的計算程序,并將計算結(jié)果與已有文獻(xiàn)進(jìn)行了對比驗證;最后使用所建立的多層模型,推導(dǎo)了鍋爐管直管電渦流檢測級數(shù)形式的解析解。3.針對鍋爐管彎頭復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu),建立了鍋爐管彎頭電渦流檢測的三維有限元仿真模型。首先介紹了ANSYS的常規(guī)求解步驟及其電磁場模塊的具體使用方法;然后使用SOLID97三維電磁場分析單元,建立了放置式探頭、90°彎管以及空氣層的有限元模型;最后研究了彎管內(nèi)外側(cè)曲面對于檢測線圈阻抗的影響。4.搭建了電渦流檢測實驗平臺,對直管解析模型、彎管數(shù)值仿真模型進(jìn)行了實驗驗證。首先搭建了基于NI公司的PXIe系統(tǒng)的信號發(fā)生、接收和處理模塊;然后設(shè)計制作了包含濾波電路的前置放大模塊,并介紹了該模塊電路的功能。最后通過各模塊的連接、整體調(diào)試,完成實驗平臺的搭建,并對上述所建立的理論模型進(jìn)行了實驗驗證。本文的研究工作可為鍋爐管電渦流檢測的研究提供一定的理論支持,也有助于電渦流檢測技術(shù)在工業(yè)管線上進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：無損檢測 鍋爐管 壁厚檢測 解析模型 有限元分析 線圈阻抗
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK228
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題概述9-11
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題的提出9-11
• 1.2 無損檢測概述11
• 1.3 導(dǎo)電材料的無損檢測技術(shù)11-14
• 1.4 鍋爐管渦流檢測國內(nèi)外研究概況14-17
• 1.5 論文主要內(nèi)容安排17-19
• 第2章 鍋爐管直管電渦流檢測積分形式解析模型19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 積分模型的建立19-28
• 2.2.1 基本模型的建立19-23
• 2.2.2 已知層數(shù)導(dǎo)體計算實例23-28
• 2.3 積分形式下單層鍋爐管電渦流檢測計算實例28-30
• 2.4 小結(jié)30-31
• 第3章 鍋爐管直管電渦流檢測級數(shù)形式解析模型31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 空氣中線圈的級數(shù)解析模型31-35
• 3.2.1 空氣中單匝線圈的級數(shù)解析模型31-34
• 3.2.2 空氣中多匝線圈級數(shù)解析模型34-35
• 3.3 單層導(dǎo)體多匝線圈的級數(shù)解析模型35-36
• 3.4 多層導(dǎo)體多匝線圈的級數(shù)解析模型36-38
• 3.5 多層導(dǎo)體模型計算與結(jié)果對比38
• 3.6 級數(shù)形式下單層鍋爐管電渦流檢測計算實例38-39
• 3.7 小結(jié)39-40
• 第4章 鍋爐管彎管電渦流檢測的數(shù)值仿真40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 有限元分析方法的簡介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驟41
• 4.2.3 ANSYS軟件的電磁模塊41-42
• 4.3 有限元仿真模型的建立與求解42-43
• 4.3.1 建立模型42-43
• 4.3.2 網(wǎng)格劃分43
• 4.3.3 加載與求解43
• 4.4 仿真結(jié)果分析43-48
• 4.5 小結(jié)48-49
• 第5章 實驗平臺搭建和研究結(jié)果驗證49-56
• 5.1 引言49
• 5.2 實驗平臺的總體構(gòu)成49-53
• 5.2.1 控制與分析模塊50-51
• 5.2.2 信號放大模塊51
• 5.2.3 探頭和信號調(diào)理模塊51-53
• 5.3 實驗結(jié)果與分析53-55
• 5.4 小結(jié)55-56
• 第6章 總結(jié)與展望56-58
• 6.1 全文總結(jié)56-57
• 6.2 研究展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 致謝62-63
• 附錄1 級數(shù)解析模型的部分求解程序63-65
• 附錄2 攻讀學(xué)位期間獲得的研究成果65

【相似文獻(xiàn)】

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