鍋爐管壁厚電渦流檢測(cè)解析建模與仿真.pdf

1、高溫高壓、多煙氣的工況，使得鍋爐管件在使用一定時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生裂紋和腐蝕穿孔等缺陷，加之流動(dòng)加速腐蝕（Flow Accelerated Corrosion，F(xiàn)AC）的存在，極易導(dǎo)致有效壁厚的減薄，從而發(fā)生失效、爆管，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此，有必要對(duì)在役鍋爐管件壁厚情況進(jìn)行及時(shí)、有效的無(wú)損檢測(cè)。根據(jù)鍋爐管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文將其分為直管段和彎管段，分別進(jìn)行電渦流無(wú)損檢測(cè)的研究。主要研究工作如下：
　　1.針對(duì)鍋爐管直管，建立了其圓柱型檢測(cè)

2、線圈電渦流檢測(cè)的解析模型。首先基于經(jīng)典的Dodd-Deeds模型，通過(guò)Maxwell方程組和電磁場(chǎng)邊界條件，建立了矢量磁位A所滿(mǎn)足的偏微分方程；然后基于分離變量法，解得含三角函數(shù)和修正貝塞爾函數(shù)的方程解；接著采用Cheng提出的矩陣迭代方法，將所得解中未知系數(shù)的求解擴(kuò)展到任意層，從而建立了多層直管導(dǎo)體的積分形式解析模型，并給出了利用其進(jìn)行指定層數(shù)計(jì)算的實(shí)例；最后通過(guò)該模型，推導(dǎo)了鍋爐管直管電渦流檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓及阻抗的積分形式解析表達(dá)式

3、。
　　2.針對(duì)所建立積分模型求解方法上的困難，建立了鍋爐管直管電渦流檢測(cè)級(jí)數(shù)形式的解析模型。首先使用截?cái)鄥^(qū)域展開(kāi)式法，將求解范圍限定在一定半徑的圓柱區(qū)域內(nèi)，從而將無(wú)窮積分變?yōu)闊o(wú)窮級(jí)數(shù)的形式；然后利用疊加原理，建立多層導(dǎo)體多匝線圈電渦流檢測(cè)的級(jí)數(shù)形式解析模型；接著使用MATLAB編譯了多層導(dǎo)體模型的計(jì)算程序，并將計(jì)算結(jié)果與已有文獻(xiàn)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證；最后使用所建立的多層模型，推導(dǎo)了鍋爐管直管電渦流檢測(cè)級(jí)數(shù)形式的解析解。
　　3.

4、針對(duì)鍋爐管彎頭復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)，建立了鍋爐管彎頭電渦流檢測(cè)的三維有限元仿真模型。首先介紹了ANSYS的常規(guī)求解步驟及其電磁場(chǎng)模塊的具體使用方法；然后使用SOLID97三維電磁場(chǎng)分析單元，建立了放置式探頭、90°彎管以及空氣層的有限元模型；最后研究了彎管內(nèi)外側(cè)曲面對(duì)于檢測(cè)線圈阻抗的影響。
　　4.搭建了電渦流檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)直管解析模型、彎管數(shù)值仿真模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先搭建了基于NI公司的PXIe系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生、接收和處理模塊；然