基于FDTD算法金屬管道的瞬變電磁響應(yīng)特征研究.pdf

1、埋地管道作為能源運(yùn)輸工具之一，被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中，但隨之而來的管道安全問題也日益凸顯，因此當(dāng)務(wù)之急是如何快速地提高管道腐蝕檢測(cè)能力。與其他檢測(cè)方法相比，瞬變電磁法抗干擾能力強(qiáng)，且可實(shí)現(xiàn)非開挖在役檢測(cè)，使得管道腐蝕定位更為高效快捷，但該方法檢測(cè)精度亟待解決。本文運(yùn)用FDTD數(shù)值算法正演埋地管道腐蝕的瞬變電磁響應(yīng)特征研究。
　　首先，基于麥克斯韋電磁理論，推導(dǎo)出適用于瞬變電磁信號(hào)傳播的FDTD時(shí)空迭代算法，在保證算法穩(wěn)定和數(shù)值收斂

2、的條件下，合理設(shè)置空間網(wǎng)格尺寸與時(shí)間步進(jìn)之間的關(guān)系，為能有效控制邊界區(qū)的電磁信號(hào)反射，引入卷積完善匹配層邊界條件。其次，設(shè)計(jì)了1:1的三維空間模型，將近似均分網(wǎng)格法和等效均分網(wǎng)格法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了最佳網(wǎng)格共形方式，激勵(lì)源初始條件設(shè)計(jì)為梯形余弦脈沖信號(hào)，并沿YEE網(wǎng)格水平電場(chǎng)棱邊施加，以模擬實(shí)際檢測(cè)回線的觸發(fā)狀態(tài)。通過激勵(lì)源水平剖面成像和三維空間矢量磁場(chǎng)瞬態(tài)顯示，可清晰觀測(cè)到整個(gè)空間磁場(chǎng)擴(kuò)散全過程。
　　最后，車削兩根管道分別預(yù)制內(nèi)壁

3、環(huán)狀腐蝕缺陷和外壁截?cái)喔g缺陷，通過瞬變電磁法對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，得到了試驗(yàn)結(jié)果與算法正演結(jié)果相一致，從而證明了FDTD正演算法的正確性和可靠性。同時(shí)為提高瞬變電磁技術(shù)準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)三組不同正演的管道模型：內(nèi)外壁不同腐蝕程度的管道模型、壁厚減薄區(qū)不同腐蝕化合物屬性的管道模型以及不同埋深的管道模型。對(duì)不同模型的電磁響應(yīng)特征分析，結(jié)果表明：瞬變電磁法能有效檢出管道內(nèi)外壁的金屬損失，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與損失量呈反比；管道腐蝕導(dǎo)致壁厚減薄區(qū)電阻率及相對(duì)磁