基于FDTD算法金屬管道的瞬變電磁響應特征研究.pdf

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

2、的條件下，合理設置空間網格尺寸與時間步進之間的關系，為能有效控制邊界區(qū)的電磁信號反射，引入卷積完善匹配層邊界條件。其次，設計了1:1的三維空間模型，將近似均分網格法和等效均分網格法相結合，實現(xiàn)了最佳網格共形方式，激勵源初始條件設計為梯形余弦脈沖信號，并沿YEE網格水平電場棱邊施加，以模擬實際檢測回線的觸發(fā)狀態(tài)。通過激勵源水平剖面成像和三維空間矢量磁場瞬態(tài)顯示，可清晰觀測到整個空間磁場擴散全過程。
　　最后，車削兩根管道分別預制內壁

3、環(huán)狀腐蝕缺陷和外壁截斷腐蝕缺陷，通過瞬變電磁法對其進行試驗檢測，得到了試驗結果與算法正演結果相一致，從而證明了FDTD正演算法的正確性和可靠性。同時為提高瞬變電磁技術準確性，設計三組不同正演的管道模型：內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。對不同模型的電磁響應特征分析，結果表明：瞬變電磁法能有效檢出管道內外壁的金屬損失，即感應電動勢與損失量呈反比；管道腐蝕導致壁厚減薄區(qū)電阻率及相對磁