鍋爐管壁厚電渦流檢測解析建模與仿真.pdf

1、高溫高壓、多煙氣的工況，使得鍋爐管件在使用一定時間后會產(chǎn)生裂紋和腐蝕穿孔等缺陷，加之流動加速腐蝕（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)嚴重的安全事故。因此，有必要對在役鍋爐管件壁厚情況進行及時、有效的無損檢測。根據(jù)鍋爐管的結(jié)構(gòu)特點，本文將其分為直管段和彎管段，分別進行電渦流無損檢測的研究。主要研究工作如下：
　　1.針對鍋爐管直管，建立了其圓柱型檢測

2、線圈電渦流檢測的解析模型。首先基于經(jīng)典的Dodd-Deeds模型，通過Maxwell方程組和電磁場邊界條件，建立了矢量磁位A所滿足的偏微分方程；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，并給出了利用其進行指定層數(shù)計算的實例；最后通過該模型，推導(dǎo)了鍋爐管直管電渦流檢測線圈感應(yīng)電壓及阻抗的積分形式解析表達式

3、。
　　2.針對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級數(shù)形式的解析模型。首先使用截斷區(qū)域展開式法，將求解范圍限定在一定半徑的圓柱區(qū)域內(nèi)，從而將無窮積分變?yōu)闊o窮級數(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的級數(shù)形式解析模型；接著使用MATLAB編譯了多層導(dǎo)體模型的計算程序，并將計算結(jié)果與已有文獻進行了對比驗證；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級數(shù)形式的解析解。
　　3.

4、針對鍋爐管彎頭復(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模塊的具體使用方法；然后使用SOLID97三維電磁場分析單元，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)曲面對于檢測線圈阻抗的影響。
　　4.搭建了電渦流檢測實驗平臺，對直管解析模型、彎管數(shù)值仿真模型進行了實驗驗證。首先搭建了基于NI公司的PXIe系統(tǒng)的信號發(fā)生、接收和處理模塊；然