聚磁结构在裂纹漏磁场中的影响及有限元分析.pdfVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 3O卷 第 6期 2006年 12月 JOURNAIOFDAQINGPETROlEUM INSTITUTE Vo1．3O No．6 Dec． 2006 聚磁结构在裂纹漏磁场 中的影响及有限元分析 马铁伦 ，戴 光 ，杨志军，刘延雷 (大庆石油学院 机械科学与工程学 院，黑龙江 大庆 163318) 摘 要 ：基于有限元方法，分析了 2种聚磁结构(方形聚磁片和导向聚磁片)的裂纹漏磁场强度和密度随裂纹深度变 化的影响，并给出了相关的对比分析曲线和实验验证．结果表明，磁化系统增加聚磁结构后 ，裂纹处测点的漏磁场强度和 密度增强 ，增加聚磁结构后的信号幅值平均提高约2O ，其 中导向聚磁结构效果更好． 关 键 词 ：聚磁 ；有限元分析 ；漏磁检测；裂纹 中图分类号 ：TGl15．28 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—1891(2006)06～0063一O3 0 引言 近年来 ，漏磁检测方法在储罐和管道的腐蚀缺陷检测中得到广泛应用．在储罐和管道服役期间，除了 腐蚀缺陷以外，还可能存在危险性较大的裂纹缺陷，裂纹处的漏磁场强度和密度较弱，这给裂纹的漏磁检 测和评价增加了难度．拟设计 2种聚磁结构 ，利用 ANSYS有限元软件和实验对裂纹漏磁场进行对 比分 析，以提高裂纹漏磁检测灵敏度． 1 裂纹漏磁检测 漏磁检测是利用磁现象来检测铁磁材料工件表面及近表面缺陷的一种无损检测方法_1]．铁磁性材料 在外加磁场的作用下被磁化，若材料中无缺陷时，磁力线绝大部分通过铁磁性材料，并在材料 内部呈均匀 分布 ，在材料外部有少量的漏磁场；若钢板表面及近表面存在缺陷，由于材料中缺陷的磁导率远比铁磁性 材料本身小 ，缺陷处磁阻增大，从而使通过该区域 的磁场发生畸变，磁力线发生弯曲，一部分磁力线漏出材 料表面，在缺 陷部位形成漏磁场．采用磁敏元件检测缺陷漏磁场 ，将磁场转换成电信号并进行处理 ，可以 得到缺陷的信息l2]．裂纹漏磁场与普通的坑状缺陷的主要区别在于，裂纹宽度小，磁力线在裂纹两壁间 传播多，形成 的泄漏磁力线少，漏磁检测的难度增大． 为提高漏磁检测裂纹的灵敏度，可采用聚磁方法．聚磁是指采用聚磁结构在缺陷上方收集空间分布 的漏磁场，并引导到检测通路 中．聚磁装置起着收集、均化 、导 向测量区域漏磁场 的作用．通过聚磁后检 测到的漏磁场信号幅值得到提高，从而增强裂纹检测的灵敏度． 2 裂纹漏磁场 的有限元分析 用有限元分析裂纹漏磁场，磁场的特征参量可以通过给定边界条件的麦克斯韦方程组求解 ，其微分 形式为 · H 一 0 ， (1) XB = J ， (2) 式中：B为磁场密度矢量；H 为磁场强度矢量 ；J为永久磁铁产生磁场等价的电流密度矢量． 收稿 日期 ：2006—05—1】；审稿人：邹龙庆 ；编辑 ：任志平 基金项 目：国家科委社会公益基 金项 目(2OO3DlB2JO93) 作者简介：马铁伦 (1965～)，男 ，博士生 ，高级工程师 ，主要从事油气储运设备技术与管理方面的研究 维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 3O卷 2006年 利用 ANSYS分析软件可得到式(1)和式(2)漏磁场分析 的数值解 ，步骤： (1)永久磁铁 、空气 、钢板、极靴、衔铁和聚磁结构的单元类型选择及材料属性设置； (2)输入永久磁铁 、钢板 、极 靴 、衔铁 的非线性 B—H 曲线 ； 磁化结构 (3)建立二维几何模型 ； (4)属性匹配，划分网