多区域涡流检测仿真新算法研究

摘要

飞行器维修中使用无损检测可以及早发现缺陷,保证飞行器的质量并维持其持续适航。其中涡流检测在导体表面和近表面缺陷检测中具有的灵敏度高,使用方便和非接触、单面检测的优势,因而成为飞行器无损检测的重要手段之一。
　　 涡流检测中,需要对探头的激励频率、提离等参数进行优化。进行涡流计算仿真,可以低成本的研究这类问题。有限元法在涡流计算中得到了广泛的应用。但是随着仿真模型的复杂化以及模型中含有物体运动时,传统的仅用一个求解区域的有限元法在对该类问题的处理上遇到了瓶颈,不断的重新划分网格以及由此带来的一系列问题将导致求解效率低下且求解精度下降。
　　 区域分解算法可以有效的克服传统有限元法的弊端。该方法的主要思想是将总体求解区域划分成为若干个求解子域,并通过一定的耦合方式,将数据在不同子域间进行传递,从而进行迭代求解。
　　 虽然区域分解算法在其他工程领域应用广泛,但是在涡流计算中发展迟缓,直到课题组提出了一种基于网格间数据插值的区域分解算法。该方法将求解区域分解后,在不同网格之间通过插值来交换信息,并进行迭代计算。该方法在探头扫描时不需要重复划分网格,刚度矩阵的生成和预处理仅进行一次,具有较高的计算效率。但是该方法要求扫描步长与扫描方向上的网格单元大小满足一定条件,否则将给仿真结果带来噪声。
　　 本文提出一种新的区域分解算法,将某一区域中的感应电流和磁化电流作为其他区域的感应源,通过计算此感应源对其他区域中电磁场的贡献来实现区域间的耦合。该方法有效避免网格间数据插值带来的噪声,并更适合于多区域的迭代计算。本文通过实例证明了该算法的正确性和高效性。此外,在网格中应用无限单元进一步提高了计算效率。