2016漏磁无损检测速度效应仿真研究.doc

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1、分类号：TG115.28 编号：BY 15 1792 05/06/2 15-0203沈阳化工学院本科毕业论文题 目： 漏磁无损检测速度效应仿真研究 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解

2、 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 毕业设计(论文)任务书信息工程学院 院 测控技术与仪器 专业 2004-01 班 赵健毕业设计(论文)题目: 漏磁无损检测速度效应仿真研究 毕业设计(论文)内容已做修改:研究油气管道漏磁无损检测原理，利用ANSYS有限元分析软件建立漏磁检测模型，对二维轴对称情况进行仿真，研究检测设备运行

3、速度与缺陷漏磁场关系。毕业设计(论文)专题部分已做修改:速度效应与缺陷漏磁场关系ANSYS仿真研究指 导 教 师: 签字 年 月 日教 研 室 主 任: 签字 年 月 日院 长: 签字 年 月 日沈 阳 化 工 学 院毕业设计（论文）答辩成绩评定沈阳化工学院 信息工程学院 毕业设计（论文）答辩委员会于2008 年 6 月 26 日审查了 测控技术与仪器专业学生 赵健 的毕业设计（论文）设计（论文）题目：漏磁无损检测速度效应仿真研究设计（论文）专题部分：速度效应与缺陷漏磁场关系ANSYS仿真研究设计（论文）说明书共 30 页，设计图纸 0 张指导教师： 评阅人：毕业设计（论文）答辩委员会意见：

4、成绩： 学院（系）答辩委员会主任委员： 签字年 月 日评 阅 人 评 语沈阳化工学院学士学位论文 题目: 漏磁无损检测速度效应仿真研究摘 要本文介绍了漏磁无损检测的相关知识，并完成了假定速度的存在而得到产生的漏磁信号与缺陷特征的关系，相应的计算机运算，为得到其关系建立了良好的基础。本次设计的主要目的就是为了得到漏磁无损检测中由于速度因素，产生的漏磁信号与缺陷特征成一定的关系，并对其进行详细的说明。文中论述了漏磁无损检测的基本原理，证明了在不同的情况下漏磁信号与缺陷特征是存在一定关系的。详细阐述了漏磁无损检测的原理，并给出了漏磁信号与缺陷特征所形成的线性关系，以所掌握的知识，结合相应的软件，采用

5、ANSYS完成要得到的关系。在设计中，包括如下主要内容：（1） 漏磁检测检测相关知识的突破； （2） ANSYS软件的熟练掌握；（3） 采用ANSYS图形绘制和关系曲线；（4） 进行详细说明。设计中的关键点：（1） ANSYS软件掌握；（2） 漏磁信号与缺陷特征的关系；关键词：漏磁；无损检测；磁场；缺陷识别AbstractThis article introduced leaks the magnetism lossless examination the related knowledge, and completed the virtual velocity existence to ob

6、tain produces leaks magnetism signal and the flaw characteristic relations, the corresponding computer operation, for obtained its relations to establish the good foundation.This design main purpose is in order to obtain leaks in the magnetism lossless examination as a result of the speed factor, pr

7、oduces leaks magnetism signal and the flaw characteristic becomes certain relations, and carries on the detailed explanation to it.In the article elaborated has leaked the magnetism lossless examination the basic principle, had proven leaked magnetism signal and the flaw characteristic in the differ

8、ent situation is existence certain relations. Elaborated in detail leaks the magnetism lossless examination the principle, and gave has leaked the linear relations which magnetism signal and the flaw characteristic formed, by knowledge which grasped, unified the corresponding software. Uses relation

9、s which ANSYSY completes must obtain.In design, including following primary coverage: (1)Leaks magnetism examination examination correlation knowledge the breakthrough; (2)ANSYS software skilled grasping; (3)Uses the ANSYS graph plan and the relational curve; (4)Carries on the specify.In design key

10、point: (1)ANSYS software grasping; (2)Leaks magnetism signal and the flaw characteristic relations;Key words: Leaks magnetism; Lossless examination; Magnetic field; Flaw recognition目 录第1章 绪论11.1课题的来源、目标和意义11.1.1课题的来源11.1.2课题的目标和意义11.3作者的主要工作2第2章 漏磁无损检测.3 2.1漏磁无损检测的研究现状和发展.3 2.2漏磁检测的基础原理6 2.3磁性无损检测技术

11、.6 2.4工业管道无损检测技术.8 2.5钢管与管道检测系统的结构.8第3章 电磁场有限元分析9 3.1电磁场基本理论93.1.1麦克斯韦方程93.1.2一般形式的电磁场微分方程93.1.3 电磁场中的常见边界条件103.2电磁场求解的有限元法103.2.1一维有限元法103.2.2电磁场解后处理11 3.3 ANSYS电磁场分析简介.12 3.3.1 ANSYS 电磁场分析的图形用户界面方式和命令流方式.12 3.3.2ANSYS 电磁场分析的应用领域.12第4章 漏磁检测中速度效应的研究124.1漏磁检测中的速度效应 .12 4.1.1速度效应的原理.12 4.1.2漏磁检测信号的分析.

12、134.2 利用ANSYS具体操作144.3 得出结论24 4.3.1信号基线的变化.24 4.3.2漏磁信号形状的变化.24 4.3.3结论.244.4 ANSYS分析的程序25结束语28参考文献29致 谢30第1章 绪论1.1课题的来源、目标和意义1.1.1课题的来源这一节应该写生产实际中对漏磁检测的需求，也就是选择课题的原因本课题主要研究漏磁无损检测中漏磁信号与缺陷特征的关系，且由于检测仪在管道内的移动速度，从而影响到漏磁场的信号，形成新的线性关系。提高企业的经济效益是现代化管理的根本任务，1966年Zatespin和Shcherbinin提出表面开口无限长缺陷的磁偶极子模型,用磁偶极子

13、、无限长磁偶极线和无限长磁偶极带来模拟工件表面的点状缺陷、浅裂缝和深裂缝,他们在解释漏磁现象和研究缺陷形状参数(深度、宽度以及倾斜角度等)对漏磁场的影响方面做了许多开拓性工作,成为漏磁检测基础理论研究先驱。目前我国在漏磁检测研究取得了许多进步,并应用于管道检测、储罐罐底检测等方面,但由于漏磁检测的涉及领域和研究内容较多,还有很多方面的理论与应用问题有待进一步的研究与探讨。1.1.2课题的目标和意义写漏磁无损检测的目标和意义无损检测是检测技术的一个重要组成部分,又称为非破坏性检测,它是在不损伤材料和成品的条件下研究其内部和表面有无缺陷的手段.也就是说,它利用材料内部结构的异常或缺陷的存在所引起的

14、对磁、电、光、声、热等反应的变化,评价结构异常和缺陷存在及其危害程度.与破损检测比较,无损检测是在不改变物件状态和使用性能的前提下,直接对使用中的材料损耗,构件缺陷进行测试,进而推测出其剩余使用寿命、承载能力和安全系数等。磁性无损检测技术近年来有较大的发展.现已被成功地应用于钢丝绳、钢管、钢板、钢丝绳运输皮带及链条等在役零部件的检测及其产品生产过程中质量的检测,它涉及冶金、矿山、油田、建筑、旅游等众多行业。随着新材料、新机理的研究,作为新型电磁功能材料的典型代表非晶态合金材料,其敏感机理及性能正在逐步被人们认识和掌握,新型效应正在不断被发现和利用,新研制的非晶态合金磁传感器正在得到越来越多的应

15、用。1.2作者的主要工作不是做程序设计，而是仿真研究，内容要全面修改作者的主要工作是利用ANSYS软件和漏磁无损检测的相关知识，分析速度对漏磁信号的影响，并找到由于检测仪在管道中移动存在速度，从而影响到磁场的信号，形成新的规律。作者首先要进行漏磁无损检测的基本理论的学习；其次要ANSYS软件的学习；第三，对所了解的知识进行系统的总结和归纳，进而得到漏磁信号与缺陷特征的关系。并进行推广，做进一步的学习。使用ANSYS作为工具，在ANSYS的环境下进行编译。结合无损检测的原理，进行设计。在设计中主要包括以下部分：（1） 对无损检测进行说明；（2） 结合ANSYS进行进一步的设计；（3） 使用ANS

16、YS进行完整程序设计，得到漏磁信号与缺陷特征的关系。 第2章 漏磁无损检测2.1漏磁无损检测的研究现状和发展无损检测技术是一门新兴的综合性应用学科，它是在不破坏或不损坏被检测对象的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化，来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷，并对缺陷的，类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化作出判断和评价。目前，常用的无损探伤方法有液体渗透检测、磁粉检测与漏磁检测、声发射检测、射线探伤等。近年来，无损检测技术的发展速度很快，一些无损检测新技术如磁记忆无损检测、红外热波无损检测、超声相控阵技术、激光无损检测、微波无损

17、检测等也得到了应用。漏磁检测方法通常与涡流、微波、金属磁记忆一起被列为电磁 ( EM Electromagnetic)无损检测方法。该方法主要应用于诸如输油气管、储油罐底板、钢丝绳、钢板、钢管、钢棒、链条、钢结构件、焊缝、埋地管道等铁磁性材料表面和近表面的腐蚀、裂纹、气孔、凹坑、夹杂等缺陷的检测 ,也可用于铁磁性材料的测厚。漏磁无损检测技术在钢铁、石油、石化等领域应用较广泛。我国各工业领域对漏磁检测技术尚处于了解、认识、引用的初级阶段 ,在工业上实用探伤设备的开发制造还刚刚起步 ,而随着质量控制技术的发展与进步我国对于漏磁探伤设备的市场需求将越来越大。因此 ,缩小同国外先进的无损检测设备制造水

18、平的差距是当前我国无损检测业界同仁的重要且紧迫的任务。 随着现代科学技术的发展 ,尤其是计算机技术的发展 ,仪器的体积越来越小、处理速度越来越快、功能越来越强大。漏磁检测理论研究及探伤系统的传感器性能、数据处理等方面也都有很大的进步。下面就漏磁场的理论计算、各种因素和缺陷漏磁场之间的关系、漏磁检测的磁化方法、采用的传感器种类、检测方式和信号处理技术分别作简要的归纳。国外对漏磁检测技术的研究很早 , Zuschlug于 1933年首先提出应用磁敏传感器测量漏磁场的思想 ,但直至 1947年 Hastings设计了第一套漏磁检测系统 ,漏磁检测才开始受到普遍的承认。 20世纪 50年代 ,西德 F

19、orster研制出产品化的漏磁探伤装置。 1965年 ,美国 Tubecope Vetco国际公司采用漏磁检测装置 L inalog首次进行了管内检测 ,开发了 Wellcheck井口探测系统 ,能可靠地探测到管道内外径上的腐蚀坑、横向伤痕和其它类型的缺陷。1973年 ,英国天然气公司采用漏磁法对其所管辖的一条直径为 600mm的天然气管道的管壁腐蚀减薄状况进行了在役检测 ,首次引入了定量分析方法。ICO公司的 EMI漏磁探伤系统通过漏磁探伤部分来检测管体的横向和纵向缺陷 ,壁厚测量结合超声技术进行 ,提供完整的现场探伤。对于缺陷漏磁场的计算始于 1966年 , Shcherb-inin和 Z

20、atsepin两人采用磁偶极子模型计算表面开口的无限长裂纹 ,前苏联也于同年发表了第一篇定量分析缺陷漏磁场的论文 ,提出用磁偶极子、无限长磁偶极线和无限长磁偶带来模拟工件表面的点状缺陷、浅裂纹和深裂缝。之后 ,苏、日、美、德、英等国相继对这一领域开展研究 ,形成了两大学派 ,主要为研究磁偶极子法和有限元法两大学派。Shcherbinnin和 Poshagin用磁偶极子模型计算了有限长表面开口裂纹的磁场分布。 1975年 , Hwang和 Lord采用有限元方法对漏磁场进行分析 ,首次把材料内部场强和磁导率与漏磁场幅值联系起来。 Atherton把管壁坑状缺陷漏磁场的计算和实验测量结果联系起来

21、,得到了较为一致的结论。Edwards和 Palaer推出了有限长开口裂纹的三维表达式 ,从中得出当材料的相对磁导率远大于缺陷深宽比时 ,漏磁场强度与缺陷深度呈近似线性关系的结论。我国从 90年代初对漏磁检测技术进行了研究 ,于 2002年研制出管道和钢板腐蚀漏磁检测仪,其总体技术水平落后于欧美等发达国家。近年来 ,在国内无损检测工作者的共同努力下 ,目前已有许多的高校和研究单位在这方面取得了可喜的成果 ,逐步缩小了与国际水平的差距。国内研究漏磁检测技术的高校主要有清华大学、华中科技大学、上海交通大学、沈阳工业大学等。其中华中科技大学的杨叔子、康宜华、武新军等 ,在储罐底板漏磁检测研究和管道漏

22、磁无损检测传感器的研制、钢丝绳的漏磁检测等方面进行了大量的实验研究工作 ,利用 ANSYS软件分析了传感器励磁装置的参数对钢板局部磁化的影响 ,设计了相应的漏磁检测传感器等 ;清华大学的李路明、黄松龄等研究了管道的漏磁探伤 ,铁铸件的漏磁探伤方法,采用有限元分析法研究永磁体几何参数对管道磁化效果的影响,分析漏磁探伤中各种量之间的数值关系 ,如表面裂纹宽度对漏磁场 Y分量影响的问题 ;交直流磁化问题,针对漏磁检测交流磁化的磁化电流频率选择问题 ,分析了磁化频率的选取原则等等 ;沈阳工业大学的杨理践等 ,研究了基于单片机控制系统的管道漏磁在线检测系统,分析了小波包在管道漏磁信号分析中的应用,通过时

23、域分析理论对管道漏磁信号进行处理 ;合肥工业大学的何辅云对漏磁探伤采用多路缺陷信号的滑环传送方法并研制了在役管线漏磁无损检测设备 ;上海交通大学的阙沛文、金建华等对海底管道缺陷漏磁检测进行研究 ,通过小波分析对漏磁检测信号进行去噪实验 ,同时将巨磁阻传感器应用于漏磁检测系统,研制了适用于输油、输气管道专用漏磁检测传感器;中原油田钻井机械仪器研究所开发出了抽油杆井口漏磁无损检测装置 ;军械工程学院研制的智能漏磁裂纹检测仪 ,能对钢质构件的表面和内部的裂纹进行定量检测;中国科学院金属研究所的蔡桂喜对磁粉和漏磁探伤对裂伤缺陷检出能力进行了研究 ,用环电流模型计算了各种矩形槽形状人工及自然缺陷产生的漏

24、磁场 ,提出磁粉和漏磁两种方法不适合开裂缝隙很窄的疲劳裂纹的检测的结论。爱德森公司采用多信息融合技术研制成集涡流、漏磁、磁记忆、低频电磁场于一体的便携式检测仪器 ,该仪器能同时获取多种检测信号 ,适用于流动现场的检测。目前 ,由美国、英国、德国生产的产品几乎垄断着整个国际市场。近几年 ,我国油田和无缝钢管生产企业主要从美国和德国引进一些大型的机电一体化检测设备 ,如无缝管、抽油杆在线漏磁探伤 ,智能管道爬行器等。进口的设备价格较昂贵 ,如智能管道爬行器就需要上千万人民币。国内生产的漏磁检测设备相对较少 ,大部分国内工矿企业主要采用进口的检测设备进行检测。漏磁检测大量地应用于钢厂 ,对钢管、钢棒

25、、钢构、钢胚、圆钢、钢缆的检测 ,以及储罐底板、管材、棒材、长距离输送和埋地管道、钢丝绳、铁轨及车轮的检测等。随着现代科学、社会的进步 ,漏磁检测技术有着愈来愈大的发展和应用空间 ,尤其是处于飞速发展的我国工业应用领域 ,随着市场需求的进一步扩大和全民安全意识的提高 ,给漏磁检测技术的发展及无损检测工作者提供了一次难得的机遇和挑战。目前 ,漏磁检测技术理论需要进一步研究开展的工作有 :漏磁场信号与缺陷特征之间的对应关系 ;不同类型的缺陷漏磁场理论模型 ,复合材料的漏磁场形成机理研究等。随着现代各领域技术的相互交叉融入 ,各种技术相互促进发展 ,漏磁检测技术的应用研究也必将朝着更趋于成熟、完善的

26、方向发展。其发展趋势有以下几个方面 :1)更高的处理速度 ;2)高性能传感器及智能传感器 ;3)传器的智能化、小型化 ;4)专家系统的融入 ;5)多信息融合技术 ;6)高可靠性和稳定性 ;7)界面更为友好直观 ;8)操作更为简易、快捷 ;9)在线、离线检测的机电一体化 ;10)网络技术的融入 ;11)在役设备检测信息管理跟踪分析的研究。2.2漏磁检测的基本原理在写详细一些 漏磁检测是针对管道钢管这类高磁导率的铁磁性材料被磁化后在有缺陷处磁力线发生弯曲变形并且有一部分磁力线泄露出缺陷表面利用磁敏元件传感器检测该泄露磁场从而可判断缺陷存在与否如图2-1所示在这里铁磁性材料的磁化强度和泄漏的磁力线强

27、弱直接相关在外磁场作用下铁磁性材料的磁感应强度B与磁场化强度H关系为B=H由于材料导磁率也是一个随磁场强度H变化的量,所以B随H变化不是一个线性关系而呈现出一个非线性变化的磁化曲线（如图2-2中曲线2所示）管道被永久磁铁或励磁线圈磁化符合该曲线的磁化规律通常该曲线分成三个区域 第1区域内B随H的增加而急剧上升曲线陡直 第2区域内B随H的增加而上升的速率变慢曲线平缓 第3区域内B随H的增加趋于水平磁感应强度较快地进入饱和状态2.3磁性无损检测技术与本论文无关，删掉 磁性无损检测通过测量特征磁场 ,对铁磁性原材料、半成品、成品零部件、在用零部件的结构、几何形状、物理性能、化学成分等进行测定 ,或对

28、设备构件间几何关系和运动特征等进行测量 .其主要依据是 ,裂纹或其它缺陷以及内应力等因素对铁磁性材料 (钢、铁和其它铁合金等 )的内在性质或磁化状态有影响 .磁性无损检测是以磁场为媒介将被测物理量或状态转化为可测量的磁场信号 ,再由磁电转换器件或传感器变换成对应的电信号 ,然后进行所需要的分析和处理 .磁性检测主要指对材料磁性特性和磁路磁特性进行检测、测量或评估.因此 ,形成磁场信号和测量磁场信号是该检测技术的两个基本部分 ,分析处理电信号是其核心 ,而新材料、新元件、新原理和基于计算机的信息处理技术的综合应用是这一技术的显著特点 . 从磁场信号的形成来看 ,磁性无损检测主要采用的方法是有源磁

29、场检测法 (简称) ,法通过磁源磁化被测对象 (铁磁性材料 )产生磁场信号 ,并同时测量这一信号 .因此 ,法主要由两部分组成 ,一部分为磁化铁磁性材料的磁化装置 ,称为励磁器 ,另一部分为磁场信号的测量装置 ,称为检测探头或探头组 . 根据励磁器中磁源的不同 ,励磁器可采用交变磁场磁化方式和恒定磁场磁化方式 ,其中恒定磁场源有直流有源磁源 (如直流电磁铁 )和永久磁铁两种 .由于集肤效应 ,交变磁场磁化时磁力线将集中于被检材料的表面 ,因而对材料表面或近表面的状态具有较高的检测灵敏度 ,深层状态则不能检测 .使用中交变磁场的频率通常在几千赫兹以内 ,频率越低 ,磁场的穿透能力越强 ,被检测深

30、度也越深 .交变磁场磁化后铁磁性材料中不会产生剩磁 ,所以检测后材料不需要进行退磁处理 .恒定磁场磁化时 ,内、外部状态的可检测性与磁化强度直接相关 ,磁场越强 ,磁场信号相应增强 ,至饱和磁化后趋于恒定 .有些场合 ,材料被检测后必须进行退磁处理。 磁性无损检测技术近年来有较大的发展 .现已被成功地应用于钢丝绳、钢管、钢板、钢丝绳运输皮带及链条等在役零部件的检测及其产品生产过程中质量的检测 ,它涉及冶金、矿山、油田、建筑、旅游等众多行业 . 随着磁场可视化技术的研究 ,现代磁测量技术 ,如磁成像即磁性技术不仅应用在工业领域中分析显示铁磁性构件的几何尺寸、缺陷的大小、位置和形状等 ,而且也广泛

31、应用在磁医学诊断等领域 . 随着新材料、新机理的研究 ,作为新型电磁功能材料的典型代表非晶态合金材料 ,其敏感机理及性能正在逐步被人们认识和掌握 ,新型效应正在不断被发现和利用 ,新研制的非晶态合金磁传感器正在得到越来越多的应用 . 随着电子技术、人工智能和计算机技术等现代高科学技术的综合研究 ,磁性无损检测技术正由定性检测向定量检测方向发展 .逐步减少人为因素的影响 ,充分利用计算机技术对缺陷进行检测和分析 ,使缺陷测量的精度、分辨力等得到提高 ,从而实现缺陷检测信号的自动、准确、定量识别与评估 ,开拓无损检测新的原理、方法和技术 .2.4工业管道无损检测技术与本论文无关，删掉 工业管道广泛

32、应用于石油、化工、冶金、制药、能源和环保等行业,担负着高温、高压、易燃、易爆和有毒等介质的输送任务,一旦发生泄漏或爆炸,有可能导致灾难性的事故。为保证压力管道的安全运行,1996年原劳动部颁布了压力管道安全管理与监察规定,正式将工业管道列入监察范围,对有效防止工业管道的破坏事故发挥了巨大作用。工业管道是用于输送工业介质的管道、公用工程管道及其它辅助管道。工业管道种类繁多,涉及各个行业和领域,其走向错综复杂,使用和运行条件也各不相同。施工及验收规范除国家标准502351997工业金属管道工程施工及验收规范和502361998现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范外,许多行业都制订了行业标准,如

33、3501石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范、5007电力建设施工及验收技术规范火力发电厂焊接篇及20225化工金属管道工程施工及验收规范等。由于行业施工技术发展受行业特点的约束,各行业标准的技术要求差别较大,形成了目前工业管道施工技术标准一时难以统一的现状。 工业管道的施工验收及在用检验根据管道的级(类)别,要求也各不相同。工业管道的分级(类)通常根据管道具体使用条件(如温度、材料、介质、压力和环境等因素)以及管道失效或破坏后果等因素进行分类。国家质量监督行政部门颁布的设计、安装及在用检验的规范性文件中,通常将工业管道分为1,2和3三级。 工业管道的失效不仅与工业管道内外部制造和安装

34、缺陷、表面腐蚀以及材料累积损伤有关,而且与管道的支吊架、阀门、法兰等管道元件的自身质量和安装质量有关。下面根据工业管道(主要是金属管道)安装和使用的特点,综述在不同阶段采用的无损检测技术的特点。2.5钢管与管道检测系统的结构可写管道在线检测系统的结构组成 管道上的缺陷存在管道的内壁或外壁上管道的磁化方式和探头传感器的放置也不一样其检测设备常见有两种结构 一种是磁化和探头传感器都在管道的外表面，钢管中缺陷处磁导率远小于钢管的磁导率当钢管这种铁磁性材料以流水线方式进入钢管探测线快速穿过检测区时将受到直流线圈产生横向和纵向磁场的磁化若钢管无缺陷磁力线绝大部分通过钢管此时磁力线均匀分布若钢管有缺陷磁力

35、线发生弯曲并且有一部分磁力线泄露出钢管表面利用横向和纵向探头线圈（传感器）检测钢管表面逸出的漏磁场然后依据法拉第电磁感应定律漏磁场转化为缺陷信号(探头内检测线圈产生的感应电压)经过对缺陷信号进一步的处理和分析从而可判断缺陷存在与否及缺陷有关的尺寸参数依据漏磁场产生原理该种方式检测中使用横向和纵向两套检测设备横向探头传感器主要检测沿钢管圆周方向分布的缺陷（缺陷的宽度方向）纵向探头传感器主要检测沿钢管轴向分布的缺陷（缺陷的长度方向） 钢管的输入输出和分选传送线由可编程序控制器PLC控制能保证钢管沿其轴线穿过检测设备对有缺陷有疑问和要剔除的钢管由计算机对采集信号分析处理判别后发送指令给PLC PLC

36、控制生产线上的执行机构产生相应动作定位驱动分别由V型拖辊和与托辊相连的同步电机来保证夹紧装置由计算机自动或控制面板手动输出开关量控制液压电磁阀动作这样能保证钢管基本匀速通过检测机构克服接箍的颠动钢管的跳动和旋转的径向磁化器对钢管的强烈吸引探测线上设有缺陷标记装置由计算机对大量采集数据跟踪和对缺陷信号进行分析和分类判别后输出指令给打标控制板打标控制板控制喷标机构在钢管缺陷信号处喷打不同类别的标志第3章 电磁场有限元分析3.1电磁场基本理论3.1.1麦克斯韦方程 电磁场理论由一套麦克斯韦方涩组描述，分析和研究电磁场的出发点就是对麦克斯韦方程组的研究，包括这个方程的求解与实验验证。麦克斯韦方程组实际

37、上是出四个定律组成，它们分别是安培环路定律、法拉第电磁感应定律、高斯电通定律(亦简称高斯定律)和高斯磁通定律(亦称磁通连续性定律)。安培环路定律 无论介质和磁场强度H的分布如何，磁场中磁场强度沿任何 一闭合路径的线积分等十穿过该积分路径所确定的曲面 的心流的总和，或者说该线积分等于积分路径所包围的总电流。这里的电流包括传导电流(自由电荷产生)和位移电流(电场变化产生)。3.1.2一般形式的电磁场微分方程 电磁场的计算中，经常对上述这些偏微分进行简化，以便能够用分离变量法、格林函数法等解得电磁场的解析解，其解的形式为三角函数的指数形式以及一些用特殊函数(如贝寒尔函数、勒让得多项式等)表示的形式。

38、但工程实践上，要精确得到问题的解析解，除了极个别情况，通常是很困难的。于是只能根据具体情况给定的边界条件和创始条件，用数值解法求其数值解，有限元法就是其中最为有效、应用最广的一种数值计算方法，3.1.3电磁场中常见的边界条件 电磁场问题实际求解过程中，有各种各样的边界条件，但归结起来可概括为三种：狄利克莱(D加ch以)边界条件、诺依曼(Ncumnnn)边界条件以及它们的组合。狄利克莱边界条件表示为；公式用公式编辑器重新打字，不能用图片偌依曼边界条件可表示为； 实际上磁场微分方程的求解中，只有在边界条件和初始条件的限制时，电磁场才有确定解。鉴于此，我们通常称求解此类问题为边值问题和初值问题。3.

39、2电磁场求解的有限元法 我们可以这样描述有限元法：把求解的区域划分成若干小区域，这些区域称为“单元”和“有限元”，从而采用线性当然也可以采用非线性)方法求解每个小区域，然后把各个小区域的结果总和使得到了整个区域的解。整体区域划分成小区域后，在小区域上求解变得非常简单，仅是一些代数运算，如在小区域内应用线性插值就得到小区域内未知点的值，而区域积分变成了小区域的求和。为了使有限元法中的基本概念更加便于理解，下面我们以 一维有限元法为例简单介绍有限元法的基本原理。3.2.1一维有限元法 一个无限大平行板电容器，电容器的两极板间充有电荷密度 的自由电荷，并假设极板都接在电压为u的电源上，极板距离为2d

40、。很明显，电容器的激励和几何形状都对称于y轴，并且不难知道电场中电力线灭直穿过y轴，使电势在对称釉L沿x方向的变化率为零，于是这种对称结构可用齐次诺依曼边界条件来表示。描述这个平行板电容器静电场的微分方程为 这里实际上仅为x 的元的数，第一个方程右边为1是因为激励电荷密度 的结果。3.2.2电磁场解后处理 我们用有限元法求解出了节点电势值(或磁势值)，而实际问题当中，显然仅仅知道电势和磁势的分布是远远不够的，并且这对进一步的应用提供的信息也是远远不足的。因此，我们还要得到许多其他物理量，如磁感应强度(和磁通量强度)、电位移通量、电磁厂能量、电磁场力及力矩、电感和电容等。当然，以求得的电势和磁势

41、为基础，容易地导出这些物理量，导出这些物理量的过程就是电磁场解后处理，即有限元解后处理。3.3 ANSYS电磁场分析简介可写详细些，分三步：前处理、求解、后处理 3.3.1 ANSYS 电磁场分析的图形用户界面方式和命令流方式 与其他ANSYS有限元分析产品一样，ANSYS电磁场分析同样提供了图形用户界面与命令流两种方式供用户选择。3.3.2 ANSYS 电磁场分析的应用领域 ANSYS电磁场分析首先求解出电磁场的矢量磁势和标量电势，然后经后处理得到其他电磁场物理量，如磁力线分布、磁通量密度、电场分布、涡流电场、电感、电容以及系统能量损失等。因此，ANSYS可有效地对如下领域进行分析：电力发电

42、机 磁带/磁盘驱动器变压器 骡线管传感器电动机 磁成像系统天线辐射 内旋加速器等离子体装置 磁悬浮装置 第4章 漏磁检测中速度效应的研究 漏磁检测法是对铁磁性材料进行无损检测的主要方法之一,因其具有对检测环境要求低、可进行快速在线检测、对多种缺陷都可进行有效识别等优点,在管材、板材、钢丝绳、铸件等的检测领域被广泛应用,尤其在地下油气管道的检测方面占有重要地位。.随着我国能源战略的发展,油气管道数量的快速增长带来了巨大的油气管道检测的市场.漏磁检测技术因其对检测环境要求低、可进行快速在线检测、对多种管道缺陷都可进行有效识别等优点,在管道检测领域占据了重要地位,越来越引起国内外学者们的浓厚兴趣.

43、漏磁检测法是通过测量被磁化的铁磁材料工件表面泄漏的磁场强度来判定工件缺陷的大小,它是建立在铁磁性材料的高磁导率这一特性上.漏磁法的检测原理是利用外加磁场使铁磁性材料被磁化,当材料有缺陷时缺陷处导磁率将发生变化,导致磁力线弯曲畸变,并有一部分磁力线扩散泄漏出材料表面,通过检测该泄漏磁场的变化信号就能有效地检测出缺陷的存在.4.1 漏磁检测中的速度效应4.1.1速度效应的原理 在漏磁检测过程中,漏磁检测设备运动速度的增加引起磁极附近的感应涡流,涡流引起的磁场叠加在原有磁场上,使原有漏磁场发生了改变.在静态下,不考虑速度因素,由Maxwell方程推导出的磁场微分方程为 其中,A表示磁矢势,J 表示电流密度,表示磁导率.由于在实际在线检测过程中设备是运动的,因此必须考虑速度因素的影响,此时的磁场微分方程变为 其中,为电导率,v为检测装置运行的速度.在高速检测情况