本文關鍵詞：基于有限元仿真的新型渦流探頭的設計及應用

  更多相關文章： 麥克斯韋電磁理論 有限元 新型差動式渦流探頭 陣列式渦流探頭 輔助裝置自動化 缺陷檢測

【摘要】：本文結合渦流檢測的工程實際應用,以壓力容器各種管路部件的渦流檢測應用為背景,深入研究了常規(guī)及陣列三維渦流檢測技術在有限元場路耦合問題上的理論建模分析,結合工程實際完成兩種新型探頭的設計及應用,主要研究內(nèi)容如下:論文以麥克斯韋電磁理論為基礎,針對三維渦流場--電路耦合問題中的邊界條件展開了有限元軟件模擬仿真設計,通過ANSYS Workbench、Maxwell、Origin和MATLAB等軟件實現(xiàn)模擬仿真設計及分析,克服了傳統(tǒng)數(shù)值分析方法的繁瑣及工作量大的困擾,并通過試驗驗證了其可靠性,結果證明用有限元仿真設計切實可行。本文通過有限元仿真設計了兩種新型渦流探頭,分別是差動式渦流探頭及陣列渦流探頭。線圈互感包含著各種檢測信息,為能從中提取缺陷特征進行定量分析,使線圈互感由干擾因素轉變?yōu)橛杏眯畔?用ANSYS Workbench軟件建立符合實際檢測情況的三維渦流場-電路耦合有限元模型,從外部電路電阻節(jié)點分時分步提取檢測線圈感應電壓。經(jīng)過軟件處理,繪制云圖及曲線分布圖,對缺陷長度、位置的定量化進行了分析研究。通過模擬先行與理論指導相結合,依據(jù)有限元模型設計了第一種新型差動式渦流探頭,該探頭與能原地旋轉和水平伸縮的探頭輔助設備結合以達到檢測自動化,上述創(chuàng)意有利于新型探頭檢測的連續(xù)性和準確性。此外還設計了第二種新型陣列式三維探頭,通過理論結合實踐,既考慮仿真計算又兼顧了工程實際應用,兩方面權衡設定模擬參數(shù),并通過Maxwell circuit editor設計電路,陣列渦流傳感器構造靈活,將許多小型探頭線圈密布在基底材料上,構成特定的結構,呈陣列排布,外圍添加激勵線圈構成,采用分時切換和多路復用等技術,依次獲得各線圈的渦流信號完成陣列巡回檢測,還可實現(xiàn)三維可視化檢測成像,使檢測結果直觀明了。試驗結果表明上述方法行之有效,較以往的設計方法檢測準確性有顯著提高,對后續(xù)渦流探頭設計研制有一定的指導意義。
【關鍵詞】：麥克斯韋電磁理論 有限元 新型差動式渦流探頭 陣列式渦流探頭 輔助裝置自動化 缺陷檢測
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH878
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題研究的背景意義11-13
• 1.2 渦流技術的發(fā)展歷程13-15
• 1.3 渦流檢測發(fā)展現(xiàn)狀及主要趨勢15-17
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容和結構17-18
• 1.5 本章小結18-19
• 第2章 渦流探頭設計的理論基礎19-26
• 2.1 渦流檢測技術的重要基本概念和原理19-22
• 2.1.1 麥克斯韋電磁理論19
• 2.1.2 趨膚效應19-21
• 2.1.3 填充系數(shù)（η）21
• 2.1.4 檢測線圈與試樣的相對位置（位移或提離）21-22
• 2.1.5 影響阻抗變化的幾個重要參數(shù)22
• 2.2 第一種新型差動式渦流探頭設計原理22-24
• 2.2.1 差動式渦流探頭電路結構22
• 2.2.2 差動式渦流探頭檢測原理22-24
• 2.3 第二種新型陣列式渦流探頭設計原理24-25
• 2.3.1 列式渦流探頭排布形式24-25
• 2.3.2 陣列式渦流探頭電路形式25
• 2.4 本章小結25-26
• 第3章 渦流檢測探頭設計的具體方法26-37
• 3.1 渦流探頭設計的主要方法理論26
• 3.2 渦流探頭設計中的有限元模型26-29
• 3.2.1 渦流場--路耦合有限元模型的提出26-27
• 3.2.2 渦流場--路耦合有限元模型的理論公式27-28
• 3.2.3 渦流場--路耦合有限元模型驗證28-29
• 3.3 渦流探頭設計中主要影響因素及參數(shù)的確定29-31
• 3.3.1 渦流探頭線圈尺寸的確定29
• 3.3.2 渦流探頭線圈其他參數(shù)的確定29-30
• 3.3.3 渦流探頭檢測頻率的確定30
• 3.3.4 渦流探頭信噪比的確定30-31
• 3.3.5 渦流探頭工作溫度影響及確定31
• 3.3.6 渦流探頭檢測速度及穩(wěn)定性影響及確定31
• 3.4 試驗儀器支持31-36
• 3.4.1 儀器特性31-32
• 3.4.2 儀器外觀32
• 3.4.3 儀器結構框圖32-33
• 3.4.4 儀器轉接探頭介紹33-35
• 3.4.5 儀器定量化標定35-36
• 3.5 本章小結36-37
• 第4章 新型差動式渦流探頭的設計及應用37-47
• 4.1 新型差動式渦流檢測技術原理37
• 4.2 新型渦流檢測管道仿真模型37-40
• 4.2.1 場--路耦合有限元模型的參數(shù)設定37-39
• 4.2.2 有限元模型的網(wǎng)格劃分和邊界條件39-40
• 4.2.3 缺陷檢測模式和檢測方向選擇40
• 4.3 仿真結果和分析40-43
• 4.3.1 有限元模型驗證40-41
• 4.3.2 平行模式對管道橫向寬槽的定量化檢測41-43
• 4.4 新型探頭制作及應用43-45
• 4.4.1 探頭結構設計43
• 4.4.2 輔助裝置結構設計43
• 4.4.3 新型探頭試驗43-45
• 4.5 本章小結45-47
• 第5章 新型陣列式渦流探頭的模擬設計47-60
• 5.1 新型陣列式渦流檢測技術原理47-49
• 5.2 新型陣列式渦流探頭檢測板材仿真模型49-53
• 5.2.1 場--路耦合有限元模型的參數(shù)設定49-51
• 5.2.2 有限元模型的網(wǎng)格劃分和邊界條件51-52
• 5.2.3 缺陷檢測模式和檢測方向選擇52-53
• 5.3 仿真結果和分析53-59
• 5.3.1 有限元模型驗證53
• 5.3.2 新型陣列式渦流探頭檢測窄縫試驗模擬53-56
• 5.3.3 新型陣列式渦流探頭檢測凹槽試驗模擬56-59
• 5.4 本章小結59-60
• 結論60-62
• 參考文獻62-66
• 攻讀碩士期間擔任的科研任務與主要成果66-67
• 致謝67

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