漏磁检测中的有限元分析
聚磁结构在换热管漏磁检测三维有限元数值模拟中的应用
ｍ ａｕｅｐ ｉ ， ｎ ｅｅ ｅｔ ｆ ａｅ ｕｄｎ ａｎ ｔ ｏ ｃｎｒｃ ｎ ｅ ｅ． ｅ ｓｒ ｏ ｔ ａ ｄｔ ｇｉ ｂ ｔ ｒ ｎ ｈ ｐ ｇ ｇ ｉ ａｉ ｓ ｔ
Ｋｅ ｒ ｓ ｍａ ｎ ｔ ｏ ｃ ｎ ｒ ｃｉ ｇ ｆｒｏ ｇ ｅ ｉ ｈ ａ —ｅ ｃ ａ ｇ ｕ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｇ ｅ ｉ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ；ｅ ｒ ｍａ ｎ ｔ ｅ ｔ ｘ ｈ ｎ ｅ ｔ ｂ ；ｍａ ｎ ｔ ｕ ｅ ｋ ｇ ｅ ｔ ｇ ｃ ａ ｎ ｃ ｇ ｅｉ ｆ ｘ ｌａ ａ ｅ ｔ ｓ ｎ ； ｃｌ ｉ
ＤＡ ｕ ｎ ， ＵＩ ｉ Ｙ ＮＧ Ｚ ｉ ｊ ｎ ＩＧ ａ ｇ Ｃ Ｗｅ ， Ａ ｈ — ｕ
（ ａｉｇＰ ｔ ｌ ｍ Ｉｓｔｔ，Ｄ ｑｎ ６ ３ ８ ｈｎ ） Ｄ ｑｎ ｅ ｏ ｕ ｎｔｕｅ ａｉｇ１３ １ ，Ｃ ｉａ ｒｅ ｉ
Ａｂｓｒ ｃ Ｉ ｉｗ ｆｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｓｏ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｔｃ ｈ ａ ｔ ａ ｔ：ｎ ｖ ｅ ｏ ｈ ｈ ｒｃ ｅ ｔｃ ｆｆｒｏ ｇ ｅ ｉ ｅ ｔ—ｅ ｃ ａ ｇ ｕ ｅ，ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｒｎ ｉ ｌ ｆ ｉ ｘ ｈ ｎ ｅｔｂ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐ ｃｐ ｅ ｏ ｉ
中 图分 类 号 ：Ｅ ６ ；Ｂ １ Ｔ ９ ５ Ｔ １５ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ １ ４ ３ （０ ０ ０ ０ ２ ０ １０ — ８７ ２ １ ｝４— ０ ２－ ５
ｄｉ１．９ ９ｊｉ ｎ １０ ４ ３ ．０ ００ ．０ ｏ：０ ３６ ／．ｓ ．０ １— ８ ７ ２ １ ．４０ ６ ｓ
聚磁结构在换热 管漏磁检 测三维有限元数值 模拟中的应用
戴 光， 崔 巍， 杨志军
１３ １） ６３８ （ 大庆石 油学 院 机 械科学 与工 程学 院 ， 黑龙 江 大庆
漏磁检测中提离值影响的三维有限元仿真分析
用三维磁偶极子模型仿真研究不同形状的缺陷与漏磁场强度 的关系， 以及缺陷漏磁场强 度随提离值的变化情况 ， 指出漏磁场的切 向分量是漏磁信号的重要组成部分 ， 同时也开发 了一种 预测 缺 陷大小 的提 离值 补偿技 术 Ｊ ． 上述 学 者 的研究 成 果 对 漏磁 检 测技 术 起 到不 同程度的促进作用． 但在储罐、 管道的实际漏磁检测工况下 ， 被测钢板的内表面积存残渣 ，
单、 易于实现 自动化、 检测灵敏度高等优点， 已成为现阶段储罐底板 、 油气管道等铁磁性材 料缺陷检测最常用的方法 ］ ． 缺陷处的漏磁信号强度会受 到励磁强度 、 传感器提离值等 诸多因素的影响 ， 因此， 合理选择上述参数对能否获得高精度的检测结果至关重要．
在磁传感器提离值对漏磁检测信号影响的研究领域 ， Ｌ ｏ ｒ ｄ 等提出磁传感器提离值大
日， 中国深圳 宝安机 场 的储 油罐 泄漏 ， 造 成 一人 死 亡 ， 约 １ ２ ０ ０吨燃 油 泄漏 的恶性 事 故． 因 此， 提高 储罐 、 油气 管道缺 陷检 测 的效率 、 准确 率 和可靠性 ， 对检 测人 员及人 民的生命 财产
都有 重要意 义 ．
漏 磁检测 技术 以漏磁 原理 为基础 ， 即饱 和 的磁 通在 缺 陷处 会离 开材料 表 面 ， 通过 空气 绕过 缺陷再 重新 进入材 料 ， 从而 在 材料缺 陷处 的表面形 成漏 磁场信 号 ． 该 技术 具有探 头简
大型电力变压器漏磁场的ANSYS有限元分析
文 章 编 号 ： １ ０ —５ ８２ ０ ）６０ ４ —４ ０ ５６ ４ （０ ８ ０ —４ ２０
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ＶＯ ． ＮＯ． １ ２３ ６
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电力变 压器 在 额定 运 行情 况 下 ， 漏磁 场 的增 强
的 电磁行 为进 行 分析 计算 ， 用 线 圈 的集 中参数 进 仅
引起 的变压 器 附加 损耗 的增加 将直 接影 响变压 器 的 运行 效率 和产 品的竞争 力 。 重 的是 ， 严 由于漏磁 场在
一
行 计算 远远 不能达 到要求 。要借 助于 电磁场 的数值 计 算 技术 ， 离散 的方 法 来满 足 人们 对 变压 器 内部 用 的 电磁行 为 的详 细 了解 ， 计算 机 的应 用 及发 展 为达
穿 。 电力系 统发 生短路 时 ， 态短 路 电流产生 的漏 在 暂
磁场 还 可能产 生 巨大 的机 械力 ， 其 绝缘 和 机械 结 对
构造成 致命 的威胁 。为 此 ， 变压 器运行 的效 率 、 对 寿
命和 可靠性 提 出了越来 越高 的要求 。 ［ １ 目前普遍 认 为漏磁 场包 括纵 向漏磁 和横 向漏磁 两个 分量 。 压器 的横 向漏磁 通远 小于纵 向漏 磁通 。 变 工程上 ， 往往 只计算 纵 向漏抗 电势 ， 只对 特大容 量 的 变压器 才计及 横 向漏抗 电势 。 大型 电力 变 压 器 电磁 场 问题 的 主要 难 点在 于 ：
分析 ， 代价 巨大 ； 次 ， 再 还有材 料 的非线性 、 向异性 各
问题 。
基于ANSYS软件的漏磁检测有限元仿真
基于ANSYS软件的漏磁检测有限元仿真
章合滛;薛建彬;方灿娟
【期刊名称】《无损检测》
【年(卷),期】2015(037)003
【摘要】通过ANSYS二维电磁场仿真进行漏磁检测的原理验证.采用三维有限元方法分析漏磁场,建立了漏磁检测三维模型,基于ANSYS各种模型求解结果,得出试件无缺陷状态下磁感应分布规律和有缺陷状态下的漏磁场三维各分量的分布规律.同时研究了缺陷几何参数对漏磁场总磁感应强度和轴向分量的影响以及电流强度对漏磁场总磁感应强度的影响.根据ANSYS有限元分析结果,发现测试件端部存在检测盲区.提出了一种在端部添加试件引体的方法来解决端部的检测盲区问题,并用仿真方法验证了试件整体检测的效果.
【总页数】6页(P8-13)
【作者】章合滛;薛建彬;方灿娟
【作者单位】南京航空航天大学机电学院,南京 210016;南京航空航天大学机电学院,南京 210016;南京航空航天大学机电学院,南京 210016
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.28
【相关文献】
1.基于ANSYS软件的油浸式变压器温度场有限元仿真计算 [J], 薛飞;陈炯;周健聪;李忠
2.基于有限元的管道裂纹漏磁检测仿真分析 [J], 李久春
3.基于Ansoft软件的钢管漏磁检测三维有限元仿真研究 [J], 杜志叶;阮江军;王贤琴;张新平
4.快速高仿真人骨有限元几何建模—–基于Mimics、Geomagic及Ansys软件的应用 [J], 向春玲; 黄华军; 张雁儒
5.大型储罐变板厚漏磁检测有限元仿真分析 [J], 金泽淏;武新军
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钻杆缺陷漏磁检测有限元仿真分析
得模型的磁通量密度等值云图 ，缺陷截面磁感应强
度云图切片如图 ３ 所示 ，缺陷处有 明显的漏磁场产 生。通过缺陷上方模拟传感器位置 的路径提取 ， 可获 分 析
量密度径向分量如 图 ８ 所示。
图 ５ 不 同直 径 磁 通量 密度 径 向分 量 对 比
磁通量密度轴 向分量在开始 阶段 ，峰值 随着缺
在三种气隙高度所导致 的磁通量 密度峰值的比
３ ｍ ｍ气 隙的漏磁场强度虽然相对较弱 ，但 考 陷直径的增 大而变大 ， 在超过 ４ ． ５ ｍ ｍ后 ， 峰值增 长 较中 ， 趋势放缓 ， 在达到 ６ ． ５ ｍ ｍ后 ， 峰值开始递减 ； 磁通量 虑到未来仪器制造使用 中，气隙过小会导致磁化 结 密度径向分量在开始阶段 ，峰 一峰值 随着缺陷直径 构贴 近钻杆壁外表面 ，为避免与杆壁吸引力过大而 故选用 ３ ｍ ｍ气隙高度是合 的增大而增大 ， 在缺陷直径超过 ４ ． ５ ｍ ｍ左右时， 峰一 造成操作者劳动强度大 ，
由于钻杆的圆弧形面特性在仪器制造上 的特殊
性， 故需对磁化气隙进行研究 ， 确定最佳距离既满足 磁化强度需求 ， 又避免磁力过大使用费力。所检钻杆
０ ２ ４ ６ ８ １ ０ １ ２
距离／ ａ ｒ ｍ
外径为 ７ ３ Ｉ ｎ ｍ ， 在分析过程 中， 分别设 定气 隙高度为 ｌ ｍ ｍ， ２ ｍ ｍ， ３ ｍ ｍ用于模拟求解 ， 求解后获得的磁通
钽 ０ １ ４
亲０ ． １ ２
０ｌ ０ ０ ２ ４ ６ ８ １ ０ １ ２
距离／ ｍ ｍ
磁场有限元分析步骤
1 绪论1.1磁流变液概述1947年，美国学者WinsfowW.M.发明电流变材料。
第二年，美国学者Rabinow，J.[1]发明了磁流变材料应用装置(离合器)就出现了。
然而在随后的研究中，人们首先对电流变材料及其应用的研究给予了极大关注，各种不同母液和悬浮微粒的电流变材料和一些电流变器件[2,3]相继研究成功。
在这个时期，磁流变技术一直处于停滞不前的状态，很少引起人们对此领域的关注，直到上世纪九十年代，研究人员发现电流变材料屈服应力较低，且存在高压安全性问题等一系列难以解决技术问题，所以磁流变液又重新引起了研究者们的兴趣。
磁流变液(Magnetorheological fluid，即MRF)作为一种新型智能材料，主要由高磁导率、低磁滞性的微小铁磁性颗粒、非导磁性载液及稳定剂组成。
载液的作用是将固体粒子均匀地分散开，这种分散作用能保证在零磁场时，使磁流变液仍保持有牛顿流体的特性，而在有磁场作用时，则使粒子形成链化的结构，产生剪切屈服应力，并使磁流变液呈现Bingham弹塑性流体的特性。
好的载液应具有低零场粘度，大的温度稳定性，不污染环境等特性。
铁磁性微粒大多数由铁、钻、镍等磁性材料组成，在磁场的作用下粒子形成链状，产生磁流变效应。
因此，固体粒子材料的化学性质和物理性质，对磁流变液的性能优劣起着决定性的作用。
固体粒子一般用球形金属及铁氧体磁性材料，其尺寸范围为5-50μm，所占体积比为15%-30%。
稳定剂又称表面活性剂，其作用是促进磁流变效应，防止铁磁性微粒凝聚及沉淀。
按作用来说，有沉降稳定剂和悬浮稳定剂，最常见的稳定剂有油酸盐、山梨醇、甘油、二乙胺、低分子量的聚酞胺、琥珀酸酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、苯酸盐、磺酸盐和磷酸盐等，其在磁流变液中的含量较少，一般低于5%。
优质磁流变液具有的性能特征是;沉淀稳定性好、易于再分散、动屈服应力高、零场粘度低、响应时间快、工作温度范围宽。
Phule[4]利用中等尺寸炭基铁或镍锌铁氧体的颗粒、极性有机载液与纳米级胶体和其他添加剂制备了相对稳定、易于再分散且力学性能优异的作了适当改进。
管道弱磁检测技术的有限元仿真
因此，缺陷处总的磁场水平分量 Hx 和垂直分量 Hy 可通过对 dHx 和 dHy 积分求得，即矩形表面裂纹的 磁场可由式（7）和式（8）计算：
Hx＝ 2 sarctan
（7）
－ 2 sarctan
图 1 油气管道漏磁检测仿真模型
针对管道检测的轴对称结构，建立二维模型来模 拟实际问题。通过调整缺陷和磁极的距离实现弱磁场 环境，在磁极外部一定范围内，管壁同样处于弱磁或近 磁饱和状态，传感器在该区域对缺陷具有一定的检测 能力。利用物质磁化的磁荷模型，应用等效带偶极子 模拟磁场的分布（图 2，其中：2b 为缺陷的宽度；h 为缺 陷的深度； s 为两侧槽壁上的磁荷密度）[9-10]。
dH 1x=
dH 2x=－
dH 1y=
dH 2y=－
（1） （2）
（3） （4） （5） （6）
图 3 漏磁检测模型验证结果
2.2 不同深度缺陷的信号特征 在磁饱和环境下，漏磁信号与缺陷深度呈线性关
系[11]。为研究弱磁环境下缺陷深度与弱磁信号的对 应关系，在弱磁模型上制造宽度为 10 mm 的内缺陷和 外缺陷，缺陷深度由管道壁厚的 10％变化到 50％，间 隔为 5％。仿真结果表明：①在弱磁环境下，内缺陷径 向信号峰峰值最小为 1.18 T，出现在深度为 20％壁厚 条件下；最大为 1.85 T，出现在深度为 50％壁厚条件 下；缺陷深度在 30％~40％范围内，径向信号没有差 别。外缺陷径向信号峰峰值最小为 1.1 T，出现在深度 为 20％壁厚条件下；最大为 1.8 T，出现在深度为 30％ 壁厚条件下。②内缺陷轴向信号峰值最大为 0.175 T，
720
刘博，等：管道弱磁检测技术的有限元仿真
投产与运行
出现在深度为 40％壁厚条件下；最小为 0.05 T，出现 在深度为 10％壁厚条件下。外缺陷轴向信号峰值最
基于APDL的漏磁检测有限元分析系统
基于APDL的漏磁检测有限元分析系统杨林;程涛;宋小春【摘要】In order to improve the FEM computational efficiency for defects testing using magnetic fluxleakage, a system framework of specific finite element analysis based on ANSYS parametric design lan-guage（APDL）and VC＋＋ was designed. Firstly, the APDL template document design methods was dis-cussed. Secondly, the communication technology between VC＋＋ and ANSYS software was analyzed.Thirdly, the VC＋＋ and Flash software interface design principles was studied. Finally, a user-friendly,convenient and efficient FEM system for magnetic flux leakage analysis was developed. The running re-sults show that the specific software can effectively simplify the FEM analysis process and provide accurateand reliable results with strong reliability, simplicity and high efficiency.%为了提高缺陷漏磁检测有限元计算效率，基于ANSYS参数化设计语言（APDL）和VC＋＋设计了漏磁检测有限元分析系统框架，探讨了APDL有限元模版文件设计方法，分析了VC＋＋与ANSYS软件间的通讯技术，研究了F1ash与VC＋＋交互界面设计原理，开发了一个界面友好、方便高效的漏磁检测有限元专用分析系统．软件运行表明，其不仅操作简便，计算结果准确可靠，而且能有效简化漏磁检测有限元分析过程，提高了计算效率．【期刊名称】《湖北工业大学学报》【年(卷),期】2012(027)001【总页数】4页(P117-120)【关键词】有限元;漏磁;软件开发;无损检测【作者】杨林;程涛;宋小春【作者单位】湖北工业大学机械工程学院,湖北武汉430068／湖北省现代制造质量工程重点实验室,湖北武汉430068;湖北工业大学机械工程学院,湖北武汉430068／湖北省现代制造质量工程重点实验室,湖北武汉430068;湖北工业大学机械工程学院,湖北武汉430068／湖北省现代制造质量工程重点实验室,湖北武汉430068【正文语种】中文【中图分类】TG402漏磁无损检测方法具有检测灵敏度高、检测速度快以及对铁磁性材料内外表面缺陷均有较好检测能力等优点，在钢管、钢板等铁磁性构件的快速自动化检测方面表现出显著优势［1－3］.其中，磁化是漏磁检测的前提，如果构件没有被磁化到合适的程度，缺陷就很难在其表面形成可被检出的漏磁场，或者因形成的漏磁场很弱而被噪声淹没，影响到漏磁检测系统的检测精度和灵敏度.因此，进行漏磁检测系统设计前，一般需根据检测对象的结构尺寸，仿真计算并分析外加励磁场对检测对象磁化饱和程度的影响，以优化励磁装置磁路结构并确定其参数.由于ANSYS软件具有计算精度高、结果显示方式灵活多样等优点，因此，其磁场分析模块在漏磁检测有限元分析方面得到广泛应用［4－5］，特别是其提供的参数化设计语言（ANSYS Para metric Design Language，APDL）功能为模型参数修改和重复计算提供了极大的方便.然而，由于漏磁检测对象多样，其建模和网格划分方法各异，对励磁装置进行优化时需反复更改结构参数，计算并分析结果，因此，提高有限元软件的操作友好性和计算效率，是有限元软件用户关注的主要问题.为此，本文根据漏磁检测有限元分析实际需要，分析了基于ANSYS参数化设计语言、数据库技术和VC＋＋程序设计方法的有限元软件二次开发技术，设计并实现了一套仿真计算过程对用户透明的漏磁检测有限元计算软件.1 基于VC和ANSYS的漏磁有限元分析软件设计1.1 软件基本架构软件的基本架构主要包括对用户透明的运算系统、文件系统以及可视化用户界面等（图1）.其中，软件的运算系统由大量抽象的APDL模版文件组成，每个APDL 模版文件主要包括数值计算以及ANSYS命令封装.根据检测对象（管、杆、板材等）、磁化方式（周向和轴向）等不同，每个APDL模版文件对应着一种具体的漏磁检测有限元分析模型；用户界面包括用户参数输入界面和有限元计算结果显示界面.通过VC＋＋与ANSYS软件之间的通讯，实现模版文件选择、参数设置与传递、有限元计算和结果显示等.图1 软件基本架构软件运行时，首先对用户设置的参数进行后台处理，生成APDL计算模版文件，即漏磁检测有限元分析的参数化设计代码；然后，通过VC＋＋程序设计的界面，输入相关参数，并更新模版文件中的特定参数，从而获得ANSYS可执行的命令流批处理文件.程序运行流程如图2所示.图2 程序运行流程1.2 APDL模板文件设计APDL是一种解释性的高级程序语言，提供一般程序语言的功能，如数值运算、逻辑运算、重复执行命令和用户程序以及访问ANSYS有限元数据库等.抽象模版文件通过APDL完成参数化建模、材料定义、网格划分、载荷和边界条件定义、分析控制和求解以及参数化后处理结果的显示等，从而实现参数化有限元分析的全过程.ANSYS自动生成的日志文件（文件格式为＊.log）是模版文件设计的基础.抽象模版文件由于缺乏具体的参数数值，没有指定求解方式等具体内容，因此只有通过用户界面交互操作，输入具体的参数，才能在VC＋＋程序中组合形成分析流程完整的模版文件.将漏磁检测有限元分析输出的日志文件进行修改和简化，并对待定参数进行特殊标记，即可得到用于漏磁检测有限元分析的APDL模版文件.该模版文件主要包括8个部分：定义单元类型；定义检测对象、磁体、衔铁及空气材料属性；建立漏磁检测有限元分析几何模型；规划模型的网格划分；划分网格；确定边界条件；选择求解类型；后处理定义（结果显示以及输出）.在使用过程中，VC编写程序通过逆向原理，将用户输入的具体数值自动替换待定参数，即可生成具体可运行的APDL命令流.1.3 VC＋＋与ANSYS软件的接口本系统采用参数化设计方法，使用APDL语言编写漏磁检测有限元分析程序，基于Visual Studio2005编写自主软件平台，实现参数的传递和结果的显示.因此，VC＋＋与ANSYS软件之间的通讯需完成以下任务：使用VC＋＋编写的自主化软件调用ANSYS、自主化软件读取APDL文件、存储及调用用户每次计算输入的参数组.有关VC＋＋调用ANSYS软件的方法在ANSYS帮助文件［6］中都有所表述，其程序设计逻辑流程见图3.首先是确定程序运行的工作目录，并获取ANSYS的安装目录，以便调用ANSYS程序及其附属参数，为后续运行做准备.需要说明的是：1）应该正确选用产品特征码，因为不同的分析类型选用不同的产品特征码，漏磁检测属于电磁场分析，因此其选择的特征码应为emag；2）因为ANSYS软件读取命令流的字符要求为ASCII，因此模版代码或者生成的具体APDL运行文件须保存为ASCII格式；3）参数化设计语言中的部分命令在安装目录下才有效，若程序预处理时将其定义其他目录，则该命令会失效，如命令流中／show语句只能在程序目录中生成图形文件，否则，钢管及衔铁中的磁力线分布、漏磁场的磁通密度等将均无法显示；4）在调用ANSYS前，需配置资源目录，如模版文件的存放地址、现有分析方案的参数数据库等，如果不进行配置，则程序后续运行毫无意义.图3 VC＋＋调用ANSYS软件流程1.4 界面设计方法相比传统的可视化界面，Flash界面美观且开发周期短.相同效果的软件界面，Flash还可以节约代码编写量.为此，本文主要分析VC＋＋与Flash之间的数据交换、Flash在VC＋＋程序中的右键屏蔽以及Flash窗口控制命令向VC＋＋程序传递等问题.1.4.1 VC＋＋与Flash软件之间的数据交换VC＋＋编译器通常会给Active X控件提供相应的封装包，该包提供当前控件的所有功能.针对Flash，VC＋＋提供了CWnd封装包——CShockwaveFlash.在Flash脚本语言2.0版本中，Flash与VC＋＋程序之间的命令传递只有FSCo mmand，这种方式无法传递参数及数据.而在本系统中，因为软件要选择分析类型，调用有限元分析参数库，并且还要返回数据组成APDL文件，所以使用该版本无法满足其界面交互要求.而As3.0提供了外部应用程序接口，能异步调用且返回调用参数值，其Exter nal Interf ace方式给程序设计带来了极大的便利.这样，Flash程序通过Exter nal Interf ace即能与CShock waveFlash进行通讯，其过程如图4所示.图4 Flash与VC＋＋通讯过程VC＋＋软件编译器通过CShock waveFlash控件，为Exter nal Interface提供了一个事件接收器Flash Call.Flash Call事件的响应参数为request，其在External Interface的调用过程中，读取的数据以XML方式进行封装.Flash为了获取调用Exter nal Interface的方法名和参数，需先解析request封装的XML包.本系统处理Flash Call事件采用void方法，返回数据使用Set Ret ur n Val ue方法.其中，返回的数据也必须是符合Flash规范的XML格式.例如，要返回X ML数据组，把XML添加到〈string〉〈／string〉中，最后Flash平台通过new XML（str）的方法动态生成数据项.1.4.2 屏蔽软件界面的右键信息自主开发的软件在使用过程中，往往不希望用户在软件界面中右键弹出Flash属性菜单.虽然VC＋＋控件提供的Set Menu方法能屏蔽绝大部分菜单，但Flash版权信息无法消除.为此，可以截获组件的 WM＿RBUTTONDOWN消息实现对Flash右键菜单的屏蔽.这样，软件操作时可以监听并截获用户的右键消息，并将消息传递到其他类，而不传递到Flash控件中去.在VC＋＋8.0平台中实现方法如下：CShockwaveFlash派生新的类dull，然后监听WM＿RBUTTONDOWN消息，直接在消息处理函数中注释掉父类，最后将Flash对象的类修改为新的派生类Dull即可.1.4.3 Flash控制命令的传递 Flash通过使用fsco mmand命令可以实现退出等功能.但是，由于VC＋＋设计的软件平台将Flash嵌入软件内部，因此Flash的退出命令不能直接控制软件窗体的整体退出.为此，可以在工程项目的对话框CUIShow Dlg类声明中添加DECLARE＿EVENTSINK MAP（）和消息映射af x＿msg void On FSCo mmand Flash（LCTSTR co mmand.LCTSTR ar gs）；这样，当用户进行窗口最大化、最小化操作时，工程文件中CUIShow Dlg的WM＿SIZE响应通常会把Flash控件布满整个窗口.不过，这种实现方式可能会造成Flash界面频繁闪烁.为此，系统采用先重载控件和对话框擦除背景事件，再用代码防止控件重绘自身的方式来实现窗口控制.2 运行结果分析基于上述方法设计的漏磁检测有限元分析软件界面如图5所示.图5 软件系统操作界面首先，用户可以根据实际的漏磁检测物理模型选择磁化方式和检测方案；然后，系统根据用户的选项，从后台读取相关APDL模版文件，并提示用户输入模版文件中的待定参数；接着，软件开始进行有限元计算，并可根据用户需要以多种形式显示计算结果，图6所示即为钢管周向磁化漏磁检测有限元计算结果的两种显示方式.图6 计算结果显示由于软件的核心计算功能是通过ANSYS完成的，因此其计算结果具有一定的准确性和可靠性.同时，通过全中文化的界面，用户只需进行简单的方案选择和参数设置即可完成从有限元建模到数值计算、结果显示等全过程，其不仅极大地简化了有限元计算过程，还提高了计算效率，使初学者或一般工程技术人员都能有效进行漏磁检测有限元分析.3 结论根据漏磁检测有限元计算原理，基于ANSYS参数化设计语言、数据库技术和VC ＋＋程序设计方法，开发了一套漏磁检测有限元专用分析软件.运行结果表明，该软件不仅简化了漏磁检测有限元分析过程，提高有限元计算效率，而且计算结果准确可靠，为漏磁检测系统励磁装置和传感器优化设计提供了一种有效的仿真分析工具.［参考文献］［1］康宜华，石晓鹏.基于单一轴向磁化的钢管高速漏磁检测方法［J］.机械工程学报，2010，46（10）：8－13.［2］宋小春，黄松岭，赵伟，等.高清晰度储罐底板漏磁检测器的研制［J］.化工自动化及仪表，2007，34（1）：77－80.［3］宋小春，黄松岭，赵伟.天然气长输管道裂纹的无损检测方法［J］.天然气工业，2006，26（7）：103－106.［4］李路明，张家骏，李振星，等.用有限元方法优化漏磁检测［J］.无损检测，1997，19（6）：154－158.［5］李莺莺，靳世久，魏茂安.管道漏磁法检测的ANSYS仿真研究［J］.无损检测，2005，27（2）：72－76.［6］博嘉科技.有限元分析软件——ANSYS融会与贯通［M］，北京：中国水利水电出版社，2002.。
大型电力变压器漏磁场的ANSYS有限元分析
大型电力变压器漏磁场的A N SY S有限元分析陈玉庆蔡斌(曲阜师范大学电气信息与自动化学院，山东日照276826)研究与开发摘要首先，讨论了电力变压器中漏磁场的基本问题。
然后，运用电磁场理论和有限元法，对其进行了系统的研究，分别建立了二维和三维漏磁场计算模型，准确计算了油箱中的漏磁场分布情况，给出了详细的分析方法，并得出有关结论。
变压器容量越大，漏磁场也越强，油箱中损耗就不能忽略。
如果不采取措施，油箱壁出现局部过热点能影响变压器性能。
传统的计算方法是根据经验公式来估算，这就具有相当大的误差，于是更加准确的有限元法被引进到漏磁场计算中。
关键词：变压器；漏磁场；有限元分析T he Fi ni t e E l em ent A na l ys i s of L e akage M agne t i cFi e l d of L ar ge-Scal e E l ect r i c T r a ns f or m erC he n Y uq i ng C ai B i n(S chool of E l ect r i ca l I nfor m at i on and A ut om at i o n，Q uf u N or m a l U ni ver si t y,R i zhao，Sh andong276826)A bs t r act Fi r st，t he bas i cp r obl em of l eak age m agn et i c f i el d i n t r ans for m er s ar e di s cus se d．Then，t he l eak age m agne t i c f i el d i s i nt e ns i ve w hen pow e r is bi gg eL SO t he l os ses i n t an k ar e hi gh．If nom e asur em en t s hav e be en t ak en．t he t ank w al l m ay have l oca l hot s po t t hat can det er i ora t e t het r ans f or m er per for m ance．I t i S neces s ar y t o c al c ul a t e accur at el y t he l O SS i n t he t ank．2一D and3．Dl eak age m agn et i c f i e l d m ode l of t r ans for m er ar e bui l t us i ng FEM．R e sul t s show s3．D m ode l iS m or ea cc u r a t e and pr ov i de hel p f or t aki ng bet t e r s hi e l di ng m eas ur es．T he det ai l ed a na l ys i s is gi v en．So m enew r e sul t s w hi c h have bot h t heore t i ca I and pr ac t i ca l s i gni f i can ce a r e drow n．K ey w or ds t t r ans f or m er；l eakage m agn et i c fi el d；f i ni t e el e m ent a na l ys i s1引言电力变压器是电力网中的主要设备，其总容量达到发电设备总容量的5～6倍。
换热管漏磁检测磁化结构有限元分析
戴
光 ， ，９ ４年 ｌ 男 ｌ５ ２月 生 ， 授 ， 主任 。黑 龙江 省 大 庆 市 ，６ ３ ８ 教 系 １３１。
第 ３ ７卷
第 ６期
化
工
机
械
７７ ２
该 研 究 对 外 径 为 ３ ｍｍ 的 换 热 管 上 一 个 圆 柱 形 缺 ８ 陷 （ 径 为 １６ 直 ． ｍｍ， 度 为 管 壁 厚 度 的 ８ ％ ） 行 深 ０ 进 有 限 元 模 拟 分 析 ， 中 换 热 管 壁 厚 为 ３ ｍ， 柱 其 ｍ 圆 形 缺 陷 模 型 沿 管 径 向方 向建 立 。 图 １为 三 维 有 限 元 模 型 ， 中 换 热 管 上 半 部 分 与 换 热 管 周 围 空 气 其
励磁结 构 中由永 磁 铁 、 芯 、 靴 、 隙 和 带 磁 极 气 缺 陷的管壁 组成 了一个 闭合的磁路 。利用 有 限元 分析软 件进行 三维 模 拟仿 真 ， 限元模 型 的建 立 有
是 基 于漏磁检 测原 理 ， 据 使被 磁 化换 热 管局 部 根
达到 ８ ％ 以上的饱 和磁感 应 强度 确定 磁 化结 构 。 ０
均设置 为 隐藏 。
图 １ 三 维有 限元 模 型
１ —磁芯 ； ２ — —— 磁 铁 ； ３ —— 气 隙 ；
在漏磁检 测 技术 中 ， 化 是 实 现 检 测 的 第 １ 磁
弯曲， 并且有 一部分 磁力线 泄漏 出管子表 面 ， 形成
缺 陷 表 面 局 部 区 域 的 漏 磁 场 。 采 用 磁 敏 元 件
步 ， 决定着被 测对象 （ 它 如腐 蚀 缺陷 ） 能否产 生 足
够 的 可 被 测 量 和 分 辨 的 磁 场 信 号研 究 换 热 管 漏磁 检 测 磁 化 结 构 中磁 芯 几 何 参 数 （ 芯 内径 ｄ和 中 间磁 芯 长 度 ｆ 改 磁 ）
漏磁检测的有限元原理与实验分析
漏磁检测的有限元原理与实验分析过程装备与控制工程孙博指导教师：杨志军摘要本文根据漏磁检测原理，把有限元方法引入电磁场分析中，并用通用的有限元分析软件ANSYS对缺陷所产生的漏磁场进行模拟和分析。
具体模拟的为储罐底板的腐蚀缺陷和其对应的几种不同壁减程度时的情况。
用ANSYS软件对缺陷进行了整体建模、划分网格、加载求解等步骤，最后得出缺陷处的漏磁场值以及各种模型图，找出缺陷上方具体位置的B、H值，并作了分析。
在所建模型中加入了聚磁结构，并将梯形聚磁和矩形聚磁作了简要的比较，对加入聚磁结构和未加入聚磁结构做出了分析比较。
将模拟计算所得出的结果与具体实验分析得出的结果作出了比较和分析。
关键字：漏磁检测；有限元；ANSYSAbstractThis thesis is based on magnetic flux leakage detection and contacts the finite element method to electromagnetic field analysis, and uses ANSYS software which is universal about the finite element method analysis to simulate and analyz e the default’s magnetic leakage field which is like step.I use ANSYS software to creat a model and mesh it , then define loads ,solve it and find the result and graph.The thesis also analyses the magnetic leakage field when using the theory of magnetic concentrating inspection, and also analyses and compares the ladder type with the rectangle of magnetic concentrating.At last compares with the result of empirical analysis about the data and the graph.Key words: magnetic flux leakage testing; the finite element ; ANSYS一、本文研究的主要内容本文研究的主要内容包括了解漏磁检测在石油化工工业中的应用，掌握储罐底板漏磁检测原理，重点完成储罐底板缺陷的有限元分析和实际缺陷实验分析。
腐蚀缺陷漏磁场检测有限元模拟
腐蚀缺陷漏磁场检测有限元模拟杨志军;陈德姝;陈亮;王刚【摘要】This article mainly aims at the defects of the common corrosion in petroleum and petrochemical industry,based on the principle of magnetic flux leakage detection,using the method of finite element analysis for the simulation research.Steel plate with the thickness of 8 mm was selected as the research obj ect,and ANSYS finite element analysis software was used for modeling and analysis.Effects of different factors on the magnetic leakage field were mainly studied,including the flaw depth,width and height of the air gap magnetic.At the same time,a model of two adjacent defects was established,and the influence of different spacing between existing defects on magnetic leakage field was analyzed.Corresponding results were thus obtained.%基于漏磁检测原理，针对石油石化行业常见的腐蚀缺陷，运用有限元分析方法进行仿真研究。
大型电力变压器漏磁场的ANSYS有限元分析_陈玉庆
第23卷 第6期2008年12月 电力学报 JOU R N AL O F EL ECT R IC PO WERV ol.23N o.6 D ec.2008文章编号: 1005-6548(2008)06-0442-04大型电力变压器漏磁场的ANSYS有限元分析陈玉庆,蔡 斌(曲阜师范大学电气信息与自动化学院,山东日照276826)摘 要:变压器的漏磁场问题既是变压器设计、制造中,也是影响变压器运行性能的大问题。
传统计算方法根据经验公式估算,误差相当大,为使计算、分析更加准确,有限元法被引进到漏磁场计算、分析中。
运用电磁场理论和有限元法,对110kV及以上电力变压器的漏磁场进行系统的研究,分别建立二维和三维漏磁场计算模型,准确计算油箱中的漏磁场分布情况。
结果表明,在油箱壁的长和宽方向中离变压器绕组最近处的漏磁密最大。
因此,数值方法的引入,改进了变压器的计算和设计,并使其优化设计成为可能。
关键词:变压器;漏磁场;有限元分析中图分类号:T M411+.2;T D391.9 文献标识码:A 电力变压器在额定运行情况下,漏磁场的增强引起的变压器附加损耗的增加将直接影响变压器的运行效率和产品的竞争力。
严重的是,由于漏磁场在一定范围内的金属结构件中产生的涡流损耗不均匀,有可能造成这些结构件的局部过热现象。
使变压器的热性能变坏,最终导致绝缘材料的热老化与击穿。
在电力系统发生短路时,暂态短路电流产生的漏磁场还可能产生巨大的机械力,对其绝缘和机械结构造成致命的威胁。
为此,对变压器运行的效率、寿命和可靠性提出了越来越高的要求。
[1]目前普遍认为漏磁场包括纵向漏磁和横向漏磁两个分量。
变压器的横向漏磁通远小于纵向漏磁通。
工程上,往往只计算纵向漏抗电势,只对特大容量的变压器才计及横向漏抗电势。
大型电力变压器电磁场问题的主要难点在于:首先,求解的场域体积庞大,国内最大变压器的外形尺寸是8.3×3.5×3.5m左右,且形状复杂;其次,问题中的线度差异非常之大,硅钢片只有0.3～0.35 mm,普通钢的透入深度在0.5～3m m,采用有限元分析,代价巨大;再次,还有材料的非线性、各向异性问题。
组合裂纹漏磁检测有限元分析
×口＝Ｊ
雪＝
（） ３
和组合 裂纹 （ 即端 面 上 部 为 近 似 槽 形 、 部 为 Ｖ 下
形 的组合 裂纹形 状 ） 。与其 他两 种形 状 的裂 纹 相 比较 ， 合裂纹 更符合 实际裂 纹 的形 状 。因此 ， 组 笔 者对组 合裂纹进 行 Ａ Ｓ Ｓ有限 元三维 实体 建模 ， ＮＹ
其 端面上边 界 宽度 为 １ ｍ。 图 ６为求 解完 毕后 ， ｍ
磁化 结构上 的磁感 应强 度分布 图 。从 图 ６可 以看 出， 在钢板裂 纹 处 的 磁场 强 度值 有 较 大变 化 。图、
３ ２ 模 型的磁特性 及单元 类型 ． 在 裂纹漏磁 场有 限元分 析 中， 检测 钢 板 的材 料为 Ｑ ３ ， ２ ５ 极靴 和衔铁均 采用 电工纯铁 作 为导磁
维普资讯
第３ ４卷
第 ６期
化
工
机
械
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组合裂 纹漏 磁检 测 有 限元 分 析
戴 光 郑慕 林 杨志 军 马铁 伦 孙传轩
（ 庆 石 油学 院 ） 大
摘 要 用有 限 元 法 分析 了组 合 裂纹 漏磁 场 ， 到 了裂 纹 缺 陷漏 磁 场 空 间 分 布 ， 出 了裂 纹 深 度 与 裂 纹 得 给 漏磁 场磁 感应 强 度 之 问ｌ 的关 系曲 线 。通 过 实验 得 到 了与 有 限 元分 析 结 果 一 致 的 结 论 。
关键词 组合裂纹 有限元分析 漏磁检测 中图分类号 Ｔ００７ Ｑ５： 文献标识码 Ａ
漏 磁检测 技术 在 石 油和石 化行 业 应 用 广泛 ，
、
文章编号 ０５－ ９ （０７０４ ３４ ２４６ ４２０）６３ ７ ４ ０ ３３
永磁电机外漏磁场有限元处理方法
永磁电机外漏磁场有限元处理方法永磁电机的发展已经蓬勃发展了几十年，从它的应用领域可以看出，永磁电机的优势不仅体现在功率密度的高、电磁噪声低、可重复利用的特点上，更重要的是它的结构紧凑，可以在较低的空间里实现高性能的运行。
然而，永磁电机的外漏磁场可能会造成环境污染、抑制电子设备的正常工作，以及增加人体身体的健康问题，这些都会影响永磁电机的安全性和可靠性。
为了解决永磁电机安全性和可靠性的问题，就必须有效地控制其外漏磁场。
有限元法是求解结构永磁电机外部磁场的有效方法。
它是一种立体的有限元法，采用局部磁化矢量来建模电机表面、内部和外部磁场。
有限元法大致包括两个步骤：求解磁场和求解磁漏流。
在求解过程中，采用积分步长和分层技术来提高计算效率。
首先，利用连续性和有限性原则，把结构机械结构中的每一个元件简化为一个三角形元素，采用矩形、四边形或三角形的有限元函数来近似局部磁化矢量，然后采用有限元函数来求解外部磁场的值，最后再把计算结果根据磁流传播原理求解出外部磁场的梯度值，从而再次确定结构永磁电机的外部磁场强度和梯度的值。
有限元处理方法不仅能有效地求解结构永磁电机外部磁场的值，而且能模拟结构永磁电机外部磁场对其它电磁物体的影响。
有限元技术可以实时地监测结构永磁电机外漏磁场的变化，从而更加准确地测量外漏磁场的强度和梯度。
此外，可以借助有限元技术来优化结构永磁电机的外漏磁场，有效抑制它对其它电磁物体的影响和侵扰，同时也能确保结构永磁电机的安全性和可靠性。
有限元法在永磁电机外漏磁场的研究中起到了不可估量的作用，可以为永磁电机内部参数的优化、电机外漏磁场的抑制以及电机外漏磁场对电子设备等其他设备的影响提供准确的理论和实践依据。
因此，有限元法在永磁电机外漏磁场的研究中起着重要的作用，可以为永磁电机的发展和使用提供可靠的理论依据。
从综上所述，有限元法可以有效地求解永磁电机的外漏磁场，且可以抑制电机的外漏磁场对其它电磁物体的影响，从而实现电机的安全性和可靠性。
φ73mm钻杆漏磁检测缺陷的有限元仿真分析
φ73mm钻杆漏磁检测缺陷的有限元仿真分析戴光;任毅;杨志军;鲁鑫;白明超【摘要】针对油田生产所用钻杆杆体检测难度较大的问题,将漏磁检测方法应用于钻杆的检测.选取φ73mm钻杆为研究对象,应用ANSYS有限元软件和漏磁检测原理,对其进行了三维漏磁场有限元分析研究.通过对计算结果的参量分析,得到了关于缺陷尺寸(直径、深度)、磁化气隙高度及内、外壁缺陷等参数对钻杆缺陷漏磁场信号的影响规律.分析结果表明,缺陷处的漏磁场信号随缺陷直径的增大先增强后减弱,随缺陷深度增大呈线性增长趋势;磁化强度随气隙增大而减弱,内、外壁缺陷信号差异并不十分明显.【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2014(041)004【总页数】5页(P488-491,527)【关键词】钻杆;漏磁;有限元;参量分析【作者】戴光;任毅;杨志军;鲁鑫;白明超【作者单位】东北石油大学机械科学与工程学院;东北石油大学机械科学与工程学院;东北石油大学机械科学与工程学院;东北石油大学机械科学与工程学院;东北石油大学机械科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ055在我国石油开采中，钻杆的使用极为广泛。
钻杆在服役过程中要长期受拉、扭、弯曲等交变应力和机械摩擦作用，同时钻井液、钻井泥浆中溶解的O2、H2S、CO2等腐蚀介质及地层的氧化物等介质使钻杆产生严重的腐蚀，受腐蚀后的钻杆在应力作用下易失效，造成钻杆失效事故[1]。
漏磁检测法是具有高灵敏度与高可靠性且可量化的检测方法，其主要基于漏磁原理。
在施加外加磁场的条件下，若铁磁性材料无缺陷，磁力线穿过材料内部，几乎不发生溢出；当经过缺陷时，磁力线发生畸变溢出，形成漏磁场[2]。
通过霍尔元件等磁敏元件，即可将磁信号转化为可以识别的电信号[3]。
为提高检测效率，避免现场钻杆检测更换的盲目性与滞后性，笔者介绍了一种用于φ73mm钻杆的漏磁检测方式，并对确定的结构进行了有限元分析，分析了缺陷漏磁场的分布情况和影响缺陷漏磁场的因素。
任意形状缺陷漏磁检测的有限元前向模型
任意形状缺陷漏磁检测的有限元前向模型韩文花;原野;张玉祥【摘要】Magnetic flux leakage testing is simple and efficient. It is a kind of nondestructive testing technology which is widely used in all kinds of ferromagnetic materials. The finite element method is more accurate to solve the magnetic leakage field. In this paper,a finite element model for the analysis of leakage magnetic field is established based on MATLAB and the model has been certificated,because there are more flexibility and extensibility based on MATLAB modeling. The influence of the width,depth and lift off value of the rectangular crack defects on the magnetic flux leakage signal is studied. In the experiment,as for arbitrary shape defect of 20 degree of freedom, axial component and radial component of magnetic flux leakage field and magnetic induction intensity distribution of 4 different kinds of defects are given. And its characteristics are analyzed. It may be possible to reduce the computational cost of finite element forward model.%漏磁检测简单高效,是一种广泛应用于各种铁磁性材料的无损检测技术.有限元法求解漏磁场计算准确,鉴于MATLAB建模具有很大的灵活性和可扩展性,基于MATLAB,建立了漏磁场的有限元模型,进行了模型验证.研究了矩形裂纹缺陷的宽度、深度、提离值对漏磁信号的影响.针对自由度为20的任意形状缺陷,实验中给出了4种不同形状缺陷漏磁场轴向分量、径向分量及磁感应强度分布云图,并分析了其特点,为降低有限元前向模型的计算代价提供了可能.【期刊名称】《火力与指挥控制》【年(卷),期】2018(043)001【总页数】5页(P80-84)【关键词】漏磁检测;任意形状缺陷;有限元法;MATLAB【作者】韩文花;原野;张玉祥【作者单位】上海电力学院自动化工程学院,上海200090;上海电力学院自动化工程学院,上海200090;上海电力学院自动化工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM150 引言漏磁检测因其原理简单，易于自动化，有较高的可靠性，并且不受材料表面油污及其他非导磁覆盖物影响等优点，是一种常用的铁磁材料无损检测方法，它广泛应用于油气管道表面缺陷检测和海上风电发电设备表面的缺陷评估［1-2］。
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漏磁检测中的有限元分析摘要海底石油管道在长期使用过程中容易产生缺陷由于海底管线大多都是深埋在海底的沙土中长时间的渗透式泄漏将对海洋造成严重污染避免事故的发生开发研究而本课题负责研究其中漏磁传感器探头的磁路优化设计和磁钢吸力的计算部分本论文介绍了漏磁检测原理和有限元分析原理设计了漏磁探头的基本结构并根据检测要求为探头选取了合适的材料为漏磁探头建立了数学模型根据有限元分析的需要选取了其中适用于漏磁检测的磁路分析的ANSYS/Emag TM软件包本论文应用了ANSYS软件详细介绍了建模过程用到的ANSYS模块的功能特点分析计算特征证明了模型的正确性本论文对漏磁探头的磁铁尺寸的优化进行了理论分析和实际建模ＡＮＳＹＳ ＰａｒａｍｅｔｒｉｃＤｅｓｉｇｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ本论文采用了APDL方法建立带参数的模型使之能获得足够大的漏磁信号并且本论文还分析了霍尔探头的提离值对检测精度和稳定性的影响本论文分析了各种缺陷信号的特征在管道检测中还需要检测出缺陷的大小和形状为日后建立缺陷信号的样库提供了基础本论文还计算了不同管径下的磁钢吸力管道漏磁检测技术在国内的发展处于起步阶段优化设计等方面所体现出了相当强大功能希望本文的研究成果能对管道漏磁检测技术的发展具有借鉴作用漏磁检测ANSYSFINITE-ELEMENT ANALYSIS IN MAGNETICFLUX LEAKAGE-TYPE TESTINGABSTRACTDue to lying in the seabed for long time, the petroleum pipe can easily be eroded and maybe leak out the oil. And because pipes are deeply covered with sands it is difficulty to find the leakage from outside. So it is necessary to examine and repair pipes in time in order to avoid oil flowing into the sea. The task comes from the 863 national oceanic tasks and mainly does some researches on the test technology of undersea-pipe robot. The paper is responsible for the calculation part of alnico suction and magnetic optimization.First the paper introduced the theory of DFT. According to it we designed the basic structure of magnetic flux leakage-type probe and gave the diagram and the probe material. We built mathematic module of probe and analyzed load and boundary conditions based on the theory of finite element analysis and electromagnetic. The paper selected the software kit of Emag in ANSYS as a tool.Then the paper analyzed the probe using the software of ANSYS and introduced some ANSYS modules’ characteristics used in modeling. After analysis and calculation the size and characteristics of magnetic flux leakage-type signal have been got. Compare the data to the sample the result proved the validity of module.In the following part the paper discussed the optimization of magnet size. According to the function of ANSYS and the advantage of APDL, we optimized three different probe’s magnetic size by the way of modeling. As the results of it we got enough magnetic flux leakage-type signals, the biggest SNR and the smallest magnet bulk. The paper also analyzed the affections on test precision and stability caused by hall probe’s lift-out value.Finally the paper analyzed different disfigure signal’s characteristics and calculated their magnet suctions of different pipe sizes. We should examine the size and shape of the disfigurement besides the place of it. So we should research the relationships between the disfigurement’s characteristics and the result caused by its changes in order to provide a basic storage of disfigurement signals. Furthermore the paper calculated the magnet suctions of different pipe sizes and provided a basis for the design of drive equipment.The technology is still in the beginning stage. As finite element simulation technology has advantages on the facts of modeling andoptimization we could make the design of magnetic flux leakage-type test equipment more efficiency. I hope the research would refer the development of the technology.Key words: magnetic flux leakage-type test, finite element analysis, ANSYS, hall sensor第一章 绪论1.1 课题来源与综述随着陆上资源日益枯竭天然气资源成为大家的开采目标海底油气管道和海底电缆已越来越多管道和电缆的密度越来越大由于受到管内容易产生裂纹从而可能发生泄漏现象管线发生石油泄漏是很难从外部看出的直接影响其他海洋产业的发展及时将这些有缺陷的油管剔出本课题就是在这个背景下产生的开发研究为了全面检测出管壁的腐蚀情况并整合到同一台依靠油压差驱动的在线检测爬行机上12Õë¶Ô¶àÏàÁ÷µÄ¶¯Á¦ÌØÐÔ²¢Ñо¿Ö§³ÅÂÖ¼°Çý¶¯»·ÊÊÓ¦Èô¸É¹Ü¾¶µÄ¼¼Êõ进行漏点和缺陷精确大地定位时的智能爬行技术 水下精确大地定位技术 管道缺陷评价技术检测结果的图形化管道缺陷的评估技术该课题的适用于若干管径的漏磁及超声检测优化检测装置磁铁和探头布置提高了检测精度和可靠度这将填补国内空白1内智能检测爬行器这一领域达到国际先进水平自20世纪40年代起就开始油气管网建设初期铺设的管道日趋老化为此油气管道检测和安全评价受到了重视的屈服强度状况下工作加之地貌原因这些都给管道的在役检测带来很大的困难那时管道检测尚未被提到日程上来当时的清管器被称为美NDT PIG½«Ô-ÏÈÓÃÓÚ×öÇåÏ´Êèͨ×÷ÒµµÄ·ÇÖÇÄÜÐÍ推进到具有信息采集存储等功能的智能型检测美国Tuboscope研制出的Linalog 漏磁通型检测器投入使用英国BRITISH GAS成功研制出∅600mm管道用的MFL-PIGÃÀµÂ·¨Èç½ñ英国的BRITISH GASPIG20世纪80年代初1990年1992年起对于管道安全其他国家如英国也对此做了大量的研究由此可见21.2.2 我国管道检测的发展我国油气管道大多数是在20世纪60µ½ÏÖÔÚÕýÃæÁÙ×ÅÃÀ¹ú20世纪60年代所遇到的问题处于事故多发阶段我国管道检测技术起步于1993年在设备引进的5年中共计1000kmΪÎÒ¹ú¹ÜµÀµÄ°²È«ÔËÐи¯Ê´ºÍÊÙÃüµÄ¼ø¶¨ÌṩÁËÒÀ¾Ý¹ÜµÀ¼¼Êõ¹«Ë¾ÓÚ1997年再次从美国TUBOCOPE1998年5月该检测器在宁在引进管道漏磁检测技术的同时管道技术公司自行研制了D377mm漏磁检测器我国的管道安全法规的起步也比较晚我国颁布了石油天然气管道安全规程SY6186-1996Íⲿ¼ì²éÓÉʹÓõ¥Î»×¨Ö°ÈËÔ±½øÐÐÿ5年一次但由于我国管道的腐蚀检测技术刚刚起步因此强制检测的法律规定还未实施其发展能为我国的管道安全运行做出巨大贡献FEA的基本概念是用较简单的问题代3替复杂问题后再求解对每一单元假定一个合适的近似解从而得到问题的解而是近似解由于大多数实际问题难以得到准确解而且能适应各种复杂形状有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元例如用多边形逼近圆来求得圆的周长则是在二十世纪五十年代并取得了很大成功应用于航空器的结构强度计算实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣随着计算机技术的快速发展和普及成为一种丰富多彩有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中如二维问题中的三角形或任意四边形分片函数且不考虑整个定义域的复杂边界条件这是有限元法优于其他近似方法的原因之一这也是它的一个明显的优点人们正在不断建造更为快速的交通工具更大跨度的桥梁这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能动力强度以及温度场电磁场等技术参数进行分析计算因此计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径工程技术人员已逐步甩掉图板4身如何优化设计计算机辅助工程分析Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＡｉｄｅｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ在大力推广CAD技术的今天所有的设计制造都离不开有限元分析计算各种有限元分析软件就是在这种背景下迅速发展起来的60年代初其中最为著名的是由美国国家宇航局在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统是目前世界上规模最大从那时到现在价格较低的专用或通用有限元分析软件英国的PAFEC美国的ABQUS ANSYS BOSOR ELASʹÓÃÓÐÏÞÔª·ÖÎöÈí¼þ½øÐй¤³ÌÉè¼ÆÖ÷Òª¾ßÓÐÒÔÏÂÓŵãl缩短设计和分析的循环周期l采用优化设计l在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题l进行机械事故分析1.3.3 有限元分析软件ANSYS的应用ANSYS是由美国ANSYS公司开发的大型通用有限元分析软件不断吸收世界最先进的计算方法和计算机技术以其先进性开发性等特点并于19955年ANSYS软件是集结构流体声学于一体的大型通用有限元分析软件它能与多数CAD软件接口如Pro/Engineer AlogorÊÇÏÖ´ú²úÆ·Éè¼ÆÖеĸ߼¶CAD工具之一ANSYS具有以下的技术特点l ANSYS是最早实现前后处理l强大的非线性分析功能l灵活l丰富的网格划分工具l支持所有的软且所有平台的ANSYS数据库统一l提供了大多数CAD及CAE软件的接口提供了四种方式的二次开发工具应用ANSYS软件通过磁路的优化使探头达到最大的灵敏度另外为装置的推动系统提供依据l建立电磁模型与现有实验装置检测情况进行对比确定不同管径下的磁头优化设计方案以及缺陷边缘的影响为装置的推动系统提供基础从而使设计由耗资巨大的实验性的设计转向具有科学理论指导的科学性设计6第二章漏磁检测的有限元模型的建立2.1 漏磁检测原理漏磁法是无损检测的主要手段之一若被测工件表面光滑没有缺陷且内部没有夹杂物如图2.1所示会导致缺陷处及其附近的磁阻增加而使得缺陷附近的磁场发生畸变ｂ它们可以分成三部分大部分磁通会在工件内部绕过缺陷少部分磁通会穿过缺陷还有部分磁通离开工件的上这部分从工件中泄漏出来的磁通量即为漏磁通由磁敏传感器测得的漏磁通量会明显增大在工件的两面均会产生漏磁通漏磁检测法有很高的检测速度它不仅能提供金属材料表面缺陷的信息且不需要耦合剂储罐罐底的腐蚀检测和钢丝绳钢块等铁磁材料的无损检测中利用漏磁检测技术可以检测输油管道的各种缺陷本课题就采用了这种方法782.2 管道检测装置的基本结构2.2.1 漏磁检测探头的总体设计方案检测装置的机械结构设计必须以装置能否在管道中顺利穿行为前提为保证通过弯头每节的长度都有一定的要求以便在弯头处能够转弯通过只需研究装置的漏磁探头的结构配合一定的机械结构要求及对不同管径的变径要求而设计出来的见图2.2图2.2 漏磁检测探头的轴向布置Fig. 2.2 S tructure of MFL sensor 布置探头时考虑了与不同管径的配合以及检测的要求每一探头单元包含励磁磁路且探头单元分为与小∅247大三种管内径相配的三种规格中管径探头单元与大管径探头单元延长探头寿命分别制造三种不同的探头单元架并将探头架与其它单元的连接部件设计为统一形式和尺寸当需要改变检测管径时只需将整个漏磁探头部件换接即可提高了检测效率和可靠性图2.3 漏磁检测探头的总体布置Fig. 2.3 Place of the MFL sensor2.2.2 励磁磁路的设计由于漏磁检测的原理是通过永磁体将管道磁化到接近磁饱和状态所以必须精心选择具有适当磁特性的永磁体和导磁体材料才能达到准确检测的目的Br 1.07 T10700 Gs剩磁感应强度Hci1592 kA/m20000 Oe内禀矫顽力Hcb780 kA/m9800 Oe矫顽力(BH)max239 kJ/m330.00 MGs.Oe最大磁能积T c330 °C330 °C居里温度αBr-0.09%/°C-0.09%/°C剩磁温度系数该材料具有高磁能积磁性能稳定的9特点体积小具体的牌号选用上海磁钢厂生产的钕铁硼材料其性能参数如表2.1所示这种材料具有高的磁感应强度价格较低适应检测时的导磁要求ＤＴ６Ｃ的典型性能参数如表2.2所示ＤＴ６Ｃ工业纯铁的性能参数Hc≤ 31.83 A/m矫顽力µm>12000最大磁导率B5 1.4T5°C时磁感应强度B10 1.5T10°C时磁感应强度B25 1.62T25°C时磁感应强度B90 1.71T90°C时磁感应强度B100 1.8T100°C时磁感应强度2.2.3 磁敏传感器选择和布置选用什么样的元件是漏磁测量精确与否的关键磁敏管根据其性能对比考虑到本装置的环境温度较高还要有良好的温度特性和线性度砷化镓在1mA,100mT 的测试条件下的技术指标如表2.3所示在1mA,100mT测试条件下Ｃ＜１ｍｖ参数非线性度霍尔电压的温度系数输入电阻输入电阻的温度系数技术指标0.1~1.0%-0.06%/左右+0.3%/10霍尔元件委托沈阳仪器仪表工艺研究所制作, 其输出灵敏度为15-20mv/MA 100MT»ô¶ûÔª¼þÑعܵÀÖÜÏò¾ùÔÈÅŲ¼Ò»ÖÜÔÚÈýÖÖ²»Í¬¹Ü¾¶Öлô¶ûÔª¼þµÄ³ß´ç·Ö±ðΪ5×145×22可测量管道截面14mm22mm宽范围的漏磁信号而且这些尺寸与三种管内径∅195∅296相适应可以做到不漏检缺陷同时它也可以满足变径机构的更换探头适应不同管径的要求 介绍了漏磁检测原理以及漏磁检测探头的结构 分析确定了漏磁检测探头各主要部分的材料11的磁路分析的产品为ANSYS/Mutiphysics及其子产品ANSYS/Emag TMÓû§¿ÉÒÔ·½±ãµÄÑ¡ÔñMKS³ý±ê×¼µÄ²¨Ç°求解器外ＰＣＧ和ICCG迭代求解器则不需建立环绕电磁设备的无限介质的大模型同时降低了对计算机资源的需求包括各向同性或正交各向异性的线性导磁率Ｈ曲线和永磁体的退磁曲线电流尤其对于永磁体ANSYS能自动将它转化为等效电流加载到模型的结点上磁通密度和磁场强度的等值图ANSYS分析电磁场问题时 维数尽可能按2D场处理,否则3D场的计算的1718价 场的类型静态瞬态则可认为是静态场这完全类似于电路中的法最大值或平均值来显示同时其计算代价也最高或某些即使有规律的波形利用时谐法也只能计算出起平均值有限元方法基于节点法和基于单元边法即每一节点均有若干个自由度然后求解但是对于3D 磁场这将在理论上获得较高的精度电流源是整个网络的一部分但对导体的形状没有控制计算焦耳热或洛仑兹力比较方便 介绍了电磁学的基本理论并建立了漏磁检测探头的数学模型 介绍了选用的有限元分析软件在电磁学中的应用情况19第四章 ANSYS 有限元模型建立及求解情况4.1 ANSYS 有限元分析过程ANSYS 软件主要包括三个部分求解模块和后处理模块REP7Óû§¿ÉÒÔ·½±ãµØ¹¹ÔìÓÐÏÞԪģÐÍSOLUTION 在该模块中用户可以定义分析类型载荷数据和载荷步选项后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示矢量显示等等的图形方式显示出来曲线形式显示或输出通用后处理模块POST1和时间历程后处理模块POST26Ò»¸öµäÐ͵ÄANSYS 的分析过程也分为三个主要步骤1½Úµã¼°µ¥Ôª23·ÖÎöÊÇ·ñÕýÈ·µ«ÔÚʵ¼Ê¼ÆËãʱÊ×ÏÈÒª¿¼ÂÇÊÇ·ñÄÜ°ÑËü¼ò»¯³É2-D平面对称和轴对称的问题通常２－Ｄ平面分析l忽略终端效应l模型位于X-Y平面l电流方向只沿X-Y平面的法线方向l磁场只具有X-Y面内的分量２－Ｄ轴对称分析l模型位于X-Y平面l电流方向只沿X-Y平面的法线方向l磁场只具有X-Y面内的分量另外就可以只对实际结构中具有代表性的部分进行建模分析就能获得相同精度的结果关于Y平面对称磁力线平行于对称面和周期性对称由于管道漏磁检测器和管道都是轴对称结构的对其轴向剖面进行分析只需建立半个剖面的模型但考虑到缺陷位置的影响这样运用ANSYS软件的建模工具可以建立出如图4.1的实体模型在ANSYS的二维轴对称分析中且在X轴上只能有正值四象限上的另外就可以不建立空气模型因此需要在装置四周加上空气模型漏磁通能扩散到径向和轴向都距离装置很远的地方１０倍管内径来建立空气模型只需为较少的空气建模有关远场单元2021图4.1 管道漏磁检测的两维模型Fig.4.1 2-D model of the MFL by ANSYS4.2.2 材料特性建立好实体模型后每种材料都要输入相应的材料特性也可以是非线性的也可以是各向异性的主要用到的材料及在ANSYS 中所需定义的参数如表4.1所示DOFAZ 材料特性MURXρ⊂ ×⊕″⊗ℑ∉⋅™©⊃∂∪µr 或BDOFAZ 材料特性MURXH 曲线MGXX×¢载流绞线型线圈自由度µr特殊特性假定绞线型线圈内有不受外界影响的DC电流每匝中的电流和线圈横截面积来计算DOF AZµrRSVXCARE LENG FILL特殊特性耦合CURR自由度注外加电压不受外界环境影响DOF AZ材料特性MURXρ⊇∝≥≤⊇ ςΕΛΟΨΞΛΟΧ±≈″®≠⇐∝ℵ ⊂≡⊆↵∏∅⊇∩∠®♠∂♦®∑∝⊗″⊗ℑ∉⊄ ∝⊗∉◊∂™×⊕∝…ℜ⊇∈♠1ʵ¼ÊËùÓøֲÄÅƺŲ»¾¡ÏàͬΪX52号钢不能简单的定义相对磁导率Ｈ曲线装置所用的轭铁是高导磁率的纯铁其相对磁导率为2000¶ÔÓÀ´ÅÌåµÄÃèÊö²»½öÒª¸øÓÀ´ÅÌåµÄÍË´ÅB ¶øÇÒÒª¸ø³öËüµÄ´Å½ÃÍçÁ¦Ê¸Á¿MGYYµ«ANSYS通常用第一象限的退磁曲线来描述如图4.3所示其中22H为矫顽力矢量的大小CFig.4.2 B-H curve of the X52 Steel图4.3 实际退磁曲线和ANSYS的退磁曲线Fig.4.3 Actual and ANSYS (Shifted) Demagnetization Curves检测装置所采用的永磁体为高矫顽力的钕铁硼永磁体23家给出4.2.3 定义单元类型和网格划分在网格划分中不同的单元特性有不同的功能在二维电磁分析中前面已经提到一般需要对环绕电磁设备的空气进行建模就是比较麻烦的事会削弱磁场在空气中的散耗如果模型过大ANSYS 的提供了远场单元它可以使我们在模型的外边界不用强加边界条件而说明磁场只需环绕电磁设备建立小部分的空气层模型精确地描述远场扩散问题DOF位移时间积分电势2425INFIN9线形2结点磁矢势(AZ)2-D 远场单元INFIN110四边形4结点或8结点磁矢势(AZ)¼ì²â×°ÖõÄÓÀ´ÅÌåÄÚ²¿µÄ¿ÕÆøºÍ±»²â¹ÜµÀµÄÖм䲿·ÖÑ¡È¡ÁËPLANE53实体单元定义好单元以后ANSYS 提供两种网格划分方法Free MeshingMapped Meshing自由网格化时实体模型的构建简单反之实体模型的建立比较复杂另外Smart Sizing 它能创建自由网格划分的初始单元尺寸因此建议采用智能网格划分对模型选取了PLANE53实体单元的中间部分选取合适的划分尺寸而对环绕电磁设备的选取了INFIN110远场单元的部分另外在自由化分时需要把缺陷附近的区域在不清除原来网格的情况下进行细化26图4.4 网络划分的结果Fig. 4.4 The mesh result of ANSYS另外在此有必要对此作个详细的解释 当有限元区和无限元区的边界呈光滑曲线时图 4.5 有限元和无限元边界的理想形状Fig. 4.5 Ideal shape of interface between FE and infinite element domains当有限元区和无限元区的边界不是光滑曲线时从有限元拐角向无限元出去暴露27图4.6 边界非光滑曲线的无限元划分Fig. 4.6 IFE Constructions for Non-Smooth FE to IFE Domain Interface 要避免无限单元的两条边出现从FE 区向IFE 区会聚的情况4µ±IFE 区域的相对长度近似于FE区域的深度时图 4.8 有限元区和无限元区相对尺寸的比较Fig. 4.8 Relative Dimensions of FE and IFE Domains由于远场单元的划分有这么多的限制才能保证无限区域远场单元的正确划分4.3 施加载荷并求解4.3.1 边界条件与载荷有限元分析的主要目的是检查结构或构件对一定载荷条件的响应严格来说载荷包括边界条件和外部或内部作用力函数在磁路分析中磁势磁场段在本模型中励磁载荷励磁载荷在材料特性的描述中已对它的磁特性进行了定义并加载到每个单元和节点上2l几何形状对称沿这条轴线上矢量磁势为零边界条件为０永磁体其矢量磁势为零ＣＤ边界条件为０３由于装置四周的空气模型使用了INFIN110远场单元由于每个远场单元只能有一个外表面每个远场单元只能有一条边被设定无限表面标志需在图4.1中的BC DA三条边上设定无限表面标志直接波前求解器和3个迭代求解器PCG不完全乔类斯基共轭梯度求解器JCG它们适用范围不同具体见表4.32829表4.3 求解器选择标准解法典型应用场合模型尺寸内存使用硬盘使用直接波前求解器要求稳定性或内存受到限制时低于50000自由度低高稀疏矩阵求解器要求稳定性和求解速度尤其对病态矩阵自由度为10000多用于板壳和梁模型大型的线性分析尤其适合实体单元的大型模型自由度为50000´¦ÀíÆäËüµü´ú·¨ºÜÄÑÊÕÁ²µÄÄ£ÐÍ×ÔÓɶÈΪ50000ÈçÈÈÉùÖÐÇó½âËٶȺÜÖØҪʱ×ÔÓɶÈΪ50000ÓÉÓÚÊǽøÐжþά·ÖÎö¼¸Ç§¸ö¹Ê¿ÉÑ¡ÓÃÖ±½Ó²¨Ç°Çó½âÆ÷Çó½âͨÓúó´¦ÀíÆ÷POST1和时间历程后处理器POST26»òƵÂʶøPOST26可用于检查模型中指定点的分析结果与时间主要用于瞬态分析忽略漏磁探头行进速度的影响只使用了POST1后处理器可以得出各种所需的曲线图4.9 装置磁力线分布图Fig. 4.9 The flux distribution of the 2D model改变缺陷位置进行建模轴向磁感应强度Bz与缺陷位置之间的关系管道缺陷漏磁场在各方向分布规律各不相同而轴向漏磁信号有一个正的波峰B z与缺陷位置的曲线图Fig. 4.10 Curve of the B r and B z4.5 计算结果与测量结果的对比为了检验计算结果的准确性得出实验测量数据如下30图4.11 计算结果与测量结果的比较Fig. 4.11 Measured and calculated MFL signals从图中可以看出测量结果中存在着不少的波动计算结果和实验测量结果还是比较一致的如果能有效去除各方面的噪声4.6 本章小结1·ÖÎö¼ÆËã¹ý³ÌµÃ³öÁ˾¶Ïò´Å¸ÐӦǿ¶ÈBr2Ö¤Ã÷Á˼ÆËãµÄ׼ȷÐÔ31第五章检测装置的优化5.1 ANSYS优化理论5.1.1 ANSYS优化设计基础优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术最优设计指的是一种方案可以满足所有的设计要求如重量体积费用等也就是说设计方案的任何方面都是可以优化的尺寸如过渡圆角的大小支撑位置自然频率实际上ANSYS的优化模块中有三大变量1DV即自变量每个设计变量都有上下限ANSYS优化程序允许定义不超过60个设计变量2SV用来体现优化的边界条件是设计变量的函数也可能只有单方面的限制在ANSYS优化程序中用户可以定义不超过100个状态变量3OBJ即最终的优化目的也就是说目标函数只能求其最小值求负数等方法对目标函数进行转换只能设定一个目标函数可以处理绝大多数的优化问题1ʹÓÃͨÓõĺ¯Êý±Æ½øµÄÓÅ»¯·½·¨²»ÈÝÒ×ÏÝÈë¾Ö²¿¼«ÖµµãÒò´Ë¶àÓÃÀ´×ö½Ï´ÖÂÔµÄÓÅ»¯µÄÊÖ¶Î3233 一阶方法这是一种局部寻优的精优化方法但其时间消耗长一般来说先用函数逼进的方法初步求得最优解基本位置除了这两种优化方法例如随机工具梯度工具和乘子工具等等ＡＮＳＹＳ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ即ANSYS 参数化设计语言是ANSYS 的二次开发语言它具有类似一般计算机语言的常见功能 ±äÁ¿¶¨ÒåºÍ¸³ÖµµÄ²ÎÊý¶¨ÒåÀàËÆÓÚ×Ó³ÌÐòµ÷Óõĺêµ÷Óõȹ¦ÄÜ»¹°üº¬ÓбȽÏÇ¿µÄÊýѧÔËËãÄÜÁ¦±È½ÏÖ¸Êýº¯ÊýÀûÓÃAPDL 语言还可以读取ANSYS 程序数据库中的数据进行数学运算控制ANSYS 程序的运行过程等功能修改的迭代过程设定迭代过程结束的条件求解修改参数ANSYS 优化模块的求解有两种运行模式批处理前者具有更大的灵活性而后者更有效率都不同程度的需要用到APDL 语言利用命令记录文件中生成的建模指令而后续的迭代优化过程可以都由APDL 语言编写的用户控制程序完成5.1.2 ANSYS 优化设计流程简单来说 构建优化分析文件34 构建优化控制文件 优化求解图5.1 优化数据流向Fig.5.1 Data flow in the optimization design而以上的优化步骤又可以详细的分为以下优化设计流程GUIµÄ²»Í¬¿ÉÄÜ»áÓÐϸ΢µÄ²î±ð 生成循环所用的分析文件而且必须满足以下条件 参数化建立模型 求解 提取并指定状态变量和目标函数２这一步35是标准的做法BEGIN 或OPT 进入OPTOPT 声明优化变量5 指定优化循环控制方式7 查看设计序列结果和后处理5.2 励磁部分的结构优化5.2.1 励磁结构优化理论在本模型中如何优化励磁结构使得霍尔元件能检测到较大的漏磁信号获得最好检测的效果励磁结构的优化主要有两个关键点另一个是合理选取被测管道的工作点其中缺陷深度为αφd 是管壁内有缺陷处的磁通设永磁体产生的总磁通为φd c b a Φ+Φ=Φ+Φ=Φ (5-1)霍尔传感器是位于φc 所在的位置因此霍尔传感器测得的信号的大小取决于磁通密度φc 的大小可见检测系统的漏磁信号大小取决于φc¶¨Òåλ因此要取得较高的φc 值和最大λ值是本优化设计的目的36图5.2 带缺陷的管道的磁通示意图Fig.5.2 Magnetic flux in a pipeline with defect在非线性系统中一个典型的非线性BÉèÔڹܱÚÖйܱڵĴÅͨφb 与B p1成比例B p1成比例管壁的磁通φd 与B p2成比例B p2成比例1122p q p q a c B B B B −−=ΦΦ=λ(5-2)图5.3 非线性材料的ＢＨ曲线中B q1B q1B p2比较大的欠饱和区B p1和B q2·Ö±ð¼ûͼ5.4的a c图从图中可以看出要得到最大的λ值图５．４ 在缺陷深度α相同时的不同工作点的λ情况Fig.5.4 Three cases of the operating point and λ in same α37在本模型中主要是磁铁长度l m 和高度h mÒò´ËÊ×ÏÈÒªÇóÄܶԴÅ·Ìṩ×ã¹»µÄÄÜÁ¿¶ÔÓÚ¹¤×÷´Å·»ù±¾ÏàͬÕâʱ´Ó¾-¼ÃµÄ½Ç¶ÈÀ´¿´¼´Ï£Íû´ÅÄÜ»ý尽可能大些对于高矫顽力的永磁体有B mH m=H c /2ÓÀ´ÅÌå´Å¼«±íÃæ´ÅͨÃܶÈB d 随h m /l m 的增大而增大当h m /l m 到达一定的值时B d 的增长变慢对于钕铁硼这样的高矫顽力的永磁材料相对磁导率这时永磁体本身的磁阻就不可忽略了磁阻也在的增大因此在满足磁体的工作点和磁路的磁能需求的情况下总的来说对磁路的贡献会越来越小在整个检测系统回路中大小为w 和B m 分别为永磁体的长因为气隙和管壁厚度相对于直径来说很小πd´ÓÉÏʽºÍͼ5.2可得此时检测到的信号最好我们可以用ANSYS来进行优化了 设计条件变量 状态变量定义AK 为永磁体两端的磁势差AKH m h m3OBJtB l B t B l B b m m d m m b d a c ⋅−⋅−⋅−⋅=Φ−ΦΦ−Φ=ΦΦ=)(αλ。