磁致伸縮導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)方法與仿真試驗(yàn)研究.pdf

1、油氣管道裂紋檢測(cè)技術(shù)是無(wú)損檢測(cè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，基于磁致伸縮效應(yīng)的管道裂紋導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)可以解決傳統(tǒng)方法效率低、成本高的缺點(diǎn)。數(shù)值模擬方法可以大大減少試驗(yàn)的盲目性和工作量，本文介紹了磁致伸縮導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理，并利用有限元軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)磁致伸縮導(dǎo)波管道裂紋檢測(cè)過(guò)程的“電-磁-聲-磁-電”能量轉(zhuǎn)換與傳播過(guò)程的仿真分析，建立起集磁致伸縮超聲導(dǎo)波激勵(lì)、傳播、接收于一體的磁致伸縮導(dǎo)波管道裂紋檢測(cè)過(guò)程的數(shù)值計(jì)算模型。 首先，介紹了管道導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)

2、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，然后利用頻散曲線和波結(jié)構(gòu)確定了管道裂紋檢測(cè)所用的導(dǎo)波模態(tài)及激勵(lì)方式。 其次，介紹了磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理及磁致伸縮導(dǎo)波技術(shù)用于管道裂紋檢測(cè)的原理，基于樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差的均勻性衡量方法，對(duì)影響磁致伸縮導(dǎo)波傳感器的工作點(diǎn)和換能效率的偏置磁場(chǎng)的均勻性進(jìn)行了研究。通過(guò)有限元計(jì)算，研究了換能器外殼左、右導(dǎo)磁體厚度、外圓導(dǎo)磁殼體厚度、偏置磁場(chǎng)激勵(lì)線圈與被測(cè)管道外壁間距等參數(shù)對(duì)所激勵(lì)偏置磁場(chǎng)均勻性的影響關(guān)系。研究結(jié)果表明：偏置磁場(chǎng)

3、均勻性隨上述3個(gè)參數(shù)的增大明顯改善。 針對(duì)導(dǎo)波檢測(cè)中缺陷量化的需求，基于彈性動(dòng)力學(xué)理論，利用有限元中的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析模塊，對(duì)L(0，2)和T(0，1)模態(tài)導(dǎo)波檢測(cè)典型管道裂紋--縱向裂紋和周向裂紋進(jìn)行仿真分析，得到不同導(dǎo)波對(duì)裂紋的敏感程度。結(jié)果表明：L(0，2)模態(tài)對(duì)周向通透性裂紋較敏感，反射系數(shù)與裂紋長(zhǎng)度近似成線性關(guān)系，對(duì)長(zhǎng)度為管周長(zhǎng)一半的周向非通透裂紋，反射系數(shù)與裂紋深度近似成拋物線關(guān)系；T(0，1)模態(tài)對(duì)周向通透裂紋的反射

4、系數(shù)較L(0，2)模態(tài)的小，對(duì)長(zhǎng)度小于管周長(zhǎng)一半的周向通透裂紋較敏感，反射系數(shù)隨長(zhǎng)度漸增；T(0，1)檢測(cè)縱向通透裂紋時(shí)，在裂紋長(zhǎng)度小于導(dǎo)波波長(zhǎng)時(shí)，反射系數(shù)與裂紋長(zhǎng)度呈現(xiàn)M形變化。 最后，類比壓電效應(yīng)，總結(jié)了ANSYS模擬磁致伸縮和壓磁效應(yīng)的方法，利用壓電單元，將傳感器的激磁安匝數(shù)等效為壓電單元的電壓輸入或輸出，對(duì)ANSYS模擬磁致伸縮導(dǎo)波傳感器的激勵(lì)和接收進(jìn)行了探索，實(shí)現(xiàn)了磁致伸縮導(dǎo)波傳感器磁場(chǎng)能--機(jī)械能轉(zhuǎn)化的模擬，其能為磁