管道漏磁内检测缺陷漏磁场二维ANSYS仿真过程

A.2 管道漏磁内检测缺陷漏磁场二维ANSYS仿真

A.2.1问题描述

管径为377mm，管壁厚度为8mm，对于二维几何模型来讲，管道检

测装置是一个完全轴对称的图形，只需要建立1/4实体模型。模型包括管

壁、磁化器、永磁体、钢刷和轭铁。

图A.1中A1表示内缺陷的实体，深50%，长2cm，处于两个磁极中

间；A2、A4为永磁体，厚3cm，长8cm，矫顽力为896000Oe，相对磁导

率为1.05；A3、A5为钢刷，厚5cm，长8cm，相对磁导率为186000；A7

为轭铁，厚2cm，长36cm，相对磁导率为186000；A10为管壁，厚8mm，

长46cm，采用X52号钢，它的磁特性如表4.2成非线性，B-H曲线如图

4.2所示；A6、A8、A9为空气域，是由包围检测装置和管壁的空气域分割

而成，管壁外取5 cm宽的空气域，空气的相对磁导率为1。

图A.1实体模型以Y轴为对称轴（管壁轴向延伸方向），坐标原点取在管道中心，建

立仿真模型。

A.2.2 ANSYS仿真GUI（图形用户界面）操作方法

1. 创建物理环境

（1）过滤图形界面

GUI：Main Menu> Preferences，弹出图A.2界面对话框，选中“Magnetic-N odal”（磁场-节点分析），对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。

图A.2过滤图形界面

（2）定义工作标题

Utility Menu>File>Change Title，在弹出的对话框中输入“MFL Analysis”，单击“OK”，如图A.3所示。

图A.3定义工作标题

（3）指定工作名

Utility Menu>File>Change Jobname，在弹出的对话框中输入“MFL_2D”，单击“OK”，如图A.4所示。

图A.4指定工作名

（4）指定工作目录

Utility Menu>File>Change Directory，弹出“Change Working Directory”对话框，选择（建立）工作目录“E:\MFL_ANSYS”，单击“确定”，如图A.5所示。

图A.5指定工作目录

（5）定义单元类型和选项

GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，弹出“Element Types”单元类型对话框，如图A.6（a）所示。单击“Add …”按钮，弹出“Library of Element Types”单元类型库对话框，如图A.7所示。

在该对话框左面滚动栏中选择“Magnetic Vector”，在框右面滚动栏中选择“Vect Quad 4nod13”，单击“OK”，定义了“PLANE13”单元，如图A.6（b）所示。

（a）（b）

图A.6 单元类型对话框

图A.7单元类型库对话框

在“Element Types”对话框中单击“Options”按钮（如图A.6（b）所示），弹出“PLANE13 element type options”单元类型选项对话框，如图 A.8所示。在“Element behavior”后面的下拉式选择栏中选择“Axisymmetric”，将PLANE13单元属性修改为轴对称，单击“OK”退出此对话框，得到图A.6（b）所示的结果。最后单击“Close”，关闭单元类型对话框。

图A.8单元类型选项对话框

（6）定义材料属性

GUI：Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Models，弹出“Define Material Model Behavior”对话框，如图A.9所示。在右边的栏中连续双击“Electromagnetics>Relative Permeability>Constant”后，又弹出“Permeability for Material Number 1”对话框，如图A.10所示，在该对话框中“MURX”后面的输入栏输入“1”，单击“OK”。至此完成了相对磁导率为的1号材料的定义，用于空气域和缺陷。

单击“Material>New Model”弹出“Define Material ID”，在“Define Material ID”后面输入材料号为“2”，如图A.11，单击“OK”。在“Define Material Model Behavior” 对话框中左边栏单击“Material Model Number 2”，在右边的栏中连续双击“Electromagnetics>Relative Permeability>Constant”后又弹出“Permeability for Material Number 2”对话框，在该对话框中“MURX”后面的输入栏输入“1.05”，单击“OK”；继续在右边的栏中连续双击“Electromagnetics>Coercive Force>Constant”后又弹出“Permeability for Material Number 2”对话框，在该对话框中“MGXX”后面的输入栏输入“896000”，如图A.12所示，单击“OK”。至此完成了相对磁导率为的1.05，矫顽力为896000的2号材料定义，用于永磁体（N极）。

图A.9 定义材料属性对话框

图A.10 定义相对磁导率 A.11 定义新材料

图A.12 定义矫顽力

单击“Edit>Copy”弹出“Copy Material Model”，如图A.13所示，单击“OK”，在“from Material number”栏后面下拉式选择栏中选择材料号为“2”；在“to Material number” 栏后面的输入栏中输入材料号为“3”。，单击“OK”，把2号材料的属性复制给3号材料。在“Define Material Model Behavior” 对话框中左边栏依次双击“Material Model Number 3”和“Coercive Force（const）”，在弹出的“Coercive Force for Material Number 3”对话框中“MGXX”后面的输入栏输入“-896000”，单击“OK”。至此完成了相对磁导率为的 1.05，矫顽力为-896000的3号材料定义，用于永磁体（S极）。

图A.13 复制材料属性

单击“Edit>Copy”，在“from Material number”栏后面下拉式选择栏中选择材料号为“1”；在“to Material number” 栏后面的输入栏中输入材料号为“4”。，单击“OK”，把1号材料的属性复制给4号材料。在“Define