不同类型缺陷低频电磁检测的仿真分析与实验研究

摘要

电磁无损检测是以电磁原理为基础，对特种类设备进行风险评估、缺陷检测的一项无损检测技术。目前主要有漏磁、涡流、金属磁记忆等几种方法，它们各自具有不同的技术优势与技术不足之处。本文针对近年兴起的低频电磁检测技术展开了研究，包括理论分析、数值仿真、实验验证以及现场实验应用。主要研究内容如下:
　　1)介绍了现有几种无损检测方法的原理及应用，并针对目前低频电磁技术在国内外的最新进展做了简要介绍。
　　2)利用COMSOL软件对低频电磁场进行了相关模拟分析，初步推导出了产生低频电磁场的涡流、漏磁内部耦合机理，并得到了不同位置、形状以及不同尺寸缺陷处的低频漏磁场分布以及磁场强度的变化情况。
　　3)通过有限元仿真，对影响低频漏磁场信号强度的参数即缺陷的位置、形状以及尺寸，进行了研究。本文运用控制变量法，对不同类型的缺陷分别进行模拟，对所获得的数据进行整理和分析，得到不同缺陷表征参数与磁场的漏磁场强度和低频漏磁信号曲线的变化规律及趋势，从而使得检测时能更加准确识别、定量缺陷。
　　4)在COMSOL有限元仿真软件的基础上，制定了缺陷的低频漏磁检测方案，同样运用控制变量法，通过人工试件实验的方法，分析了不同参数（缺陷位置、缺陷形状及缺陷尺寸）对缺陷低频电磁检测信号强度的影响。通过对低频漏磁场变化规律的分析整合，为后续实际现场低频电磁检测试验提供了一定的参考依据。
　　5)开展了实际现场检测，在所检测的4条凝液管线上检测出不同程度的内壁腐蚀点及一定面积的内壁腐蚀缺陷，从而验证了低频电磁检测技术的检测可靠性以及具有高灵敏度、高检测精度、轻巧便携检测速度快以及适用于大面积损伤探伤的优点。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 铁磁性金属材料常用无损检测方法

1．3 低频电磁检测技术国内外发展现状

1．4 课题主要研究内容

第二章 低频电磁检测技术理论基础

2．1．1 Maxwell方程

2．2．2 磁折射

2．1．3 电磁波的趋肤深度

2．2 低频电磁理论基础

2．2．1 低频电磁检测原理

2．2．2 漏磁、涡流耦合机理

2．3 低频电磁场的解析解模型

2．3．1 点偶极子模型

2．3．2 无限长的磁偶极线模型

2．3．3 磁偶极带模型

2．4 低频交变磁场的测量方法

2．5 信号分析

2．6 本章小结

第三章 低频电磁场仿真分析

3．1 引言

3．2 低频电磁场仿真模型

3．2．1 缺陷低频漏磁场三维建模分析

3．3．2 低频电磁传感器二维实体建模

3．3 低频电磁场仿真分析

3．3．1 缺陷位置对低频电磁信号的影响

3．3．2 缺陷形状对低频电磁信号的影响

3．3．3 缺陷尺寸对低频电磁信号的影响

3．4 本章小结

第四章 低频电磁检测实验研究

4．1 引言

4．2 低频电磁检测实验系统

4．2．1 实验检测系统介绍

4．2．2 实验方案的制定

4．2．3 人工缺陷的加工及制作

4．3 低频电磁检测实验分析

4．3．2 缺陷位置影响分析

4．3．2 缺陷形状影响分析

4．3．3 缺陷尺寸影响分析

4．4 本章小结

第五章 低频电磁检测技术工程示范应用

5．1 引言

5．2 凝液管道的低频电磁实际检测

5．2．1 检测系统及参数设置

5．2．2 工程实验检测对象

5．2．3 1号凝液管道

5．2．4 2号凝液管道

5．2．5 3号凝液管道

5．2．6 4号凝液管道

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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