本文關(guān)鍵詞：基于有限元仿真的新型渦流探頭的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

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【摘要】：本文結(jié)合渦流檢測的工程實(shí)際應(yīng)用,以壓力容器各種管路部件的渦流檢測應(yīng)用為背景,深入研究了常規(guī)及陣列三維渦流檢測技術(shù)在有限元場路耦合問題上的理論建模分析,結(jié)合工程實(shí)際完成兩種新型探頭的設(shè)計(jì)及應(yīng)用,主要研究內(nèi)容如下:論文以麥克斯韋電磁理論為基礎(chǔ),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(shè)計(jì),通過ANSYS Workbench、Maxwell、Origin和MATLAB等軟件實(shí)現(xiàn)模擬仿真設(shè)計(jì)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(yàn)驗(yàn)證了其可靠性,結(jié)果證明用有限元仿真設(shè)計(jì)切實(shí)可行。本文通過有限元仿真設(shè)計(jì)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(jìn)行定量分析,使線圈互感由干擾因素轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏眯畔?用ANSYS Workbench軟件建立符合實(shí)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(diǎn)分時分步提取檢測線圈感應(yīng)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(jìn)行了分析研究。通過模擬先行與理論指導(dǎo)相結(jié)合,依據(jù)有限元模型設(shè)計(jì)了第一種新型差動式渦流探頭,該探頭與能原地旋轉(zhuǎn)和水平伸縮的探頭輔助設(shè)備結(jié)合以達(dá)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(zhǔn)確性。此外還設(shè)計(jì)了第二種新型陣列式三維探頭,通過理論結(jié)合實(shí)踐,既考慮仿真計(jì)算又兼顧了工程實(shí)際應(yīng)用,兩方面權(quán)衡設(shè)定模擬參數(shù),并通過Maxwell circuit editor設(shè)計(jì)電路,陣列渦流傳感器構(gòu)造靈活,將許多小型探頭線圈密布在基底材料上,構(gòu)成特定的結(jié)構(gòu),呈陣列排布,外圍添加激勵線圈構(gòu)成,采用分時切換和多路復(fù)用等技術(shù),依次獲得各線圈的渦流信號完成陣列巡回檢測,還可實(shí)現(xiàn)三維可視化檢測成像,使檢測結(jié)果直觀明了。試驗(yàn)結(jié)果表明上述方法行之有效,較以往的設(shè)計(jì)方法檢測準(zhǔn)確性有顯著提高,對后續(xù)渦流探頭設(shè)計(jì)研制有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)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(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(shù)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(jié)構(gòu)17-18
• 1.5 本章小結(jié)18-19
• 第2章 渦流探頭設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)19-26
• 2.1 渦流檢測技術(shù)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(yīng)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(shè)計(jì)原理22-24
• 2.2.1 差動式渦流探頭電路結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)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(jié)25-26
• 第3章 渦流檢測探頭設(shè)計(jì)的具體方法26-37
• 3.1 渦流探頭設(shè)計(jì)的主要方法理論26
• 3.2 渦流探頭設(shè)計(jì)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(yàn)證28-29
• 3.3 渦流探頭設(shè)計(jì)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(yàn)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(jié)構(gòu)框圖32-33
• 3.4.4 儀器轉(zhuǎn)接探頭介紹33-35
• 3.4.5 儀器定量化標(biāo)定35-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第4章 新型差動式渦流探頭的設(shè)計(jì)及應(yīng)用37-47
• 4.1 新型差動式渦流檢測技術(shù)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(shè)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(jié)果和分析40-43
• 4.3.1 有限元模型驗(yàn)證40-41
• 4.3.2 平行模式對管道橫向?qū)挷鄣亩炕瘷z測41-43
• 4.4 新型探頭制作及應(yīng)用43-45
• 4.4.1 探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)43
• 4.4.2 輔助裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)43
• 4.4.3 新型探頭試驗(yàn)43-45
• 4.5 本章小結(jié)45-47
• 第5章 新型陣列式渦流探頭的模擬設(shè)計(jì)47-60
• 5.1 新型陣列式渦流檢測技術(shù)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(shè)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(jié)果和分析53-59
• 5.3.1 有限元模型驗(yàn)證53
• 5.3.2 新型陣列式渦流探頭檢測窄縫試驗(yàn)?zāi)M53-56
• 5.3.3 新型陣列式渦流探頭檢測凹槽試驗(yàn)?zāi)M56-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士期間擔(dān)任的科研任務(wù)與主要成果66-67
• 致謝67

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