【文章內(nèi)容簡介】 不同 ,線圈可以做成多種形式。線圈的匝數(shù)和相對運(yùn)動速度、截面積決定測量的靈敏度。而霍爾元件的優(yōu)點(diǎn)是較寬的響應(yīng)頻帶、制造工藝成熟、溫度特性和穩(wěn)定性較好等。 漏磁檢測主要采用的方式有： 漏磁檢測標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀 漏磁檢測再自動方面優(yōu)勢明顯。國際上已經(jīng)制訂了 ISO 9598《無縫和焊接鐵磁性壓力鋼管橫向缺陷的全圓周傳感器和漏磁探傷》和 ISO 9402《無縫和焊接鐵磁性壓力鋼管縱缺陷的全圓周傳感器和漏磁探傷》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn) ，即 EN 10246/4： 1999《無縫鐵磁性鋼管的自動全圓周磁傳感器和漏磁檢測》，用以檢測縱向缺陷 。EN 10246/5:1999《無縫和焊接（埋弧焊除外）鐵磁性鋼管的自動全圓周磁傳感器和漏磁檢測》，用以檢測縱向缺陷。美國方面有 ASTM E5701997《鐵磁性鋼管制品漏磁檢驗(yàn)實(shí)施方法》和 API對鐵磁性材料檢驗(yàn)的一些要求。 1991 年 5 月我國指定了第一部漏磁檢測標(biāo)準(zhǔn)鋼 GB/T 126061990《鋼管及圓鋼棒的漏磁探傷方法》，規(guī)定了鐵磁性鋼管、圓鋼棒表面缺陷的漏磁探傷方法。在 1998 年又進(jìn) 行了標(biāo)準(zhǔn)修訂。但再壓力容器檢測方面，國內(nèi)外都還沒有標(biāo)準(zhǔn)提出來采用漏磁檢測方法。 第 3 章 ANSYS 有限元分析 ANSYS 的產(chǎn)生 自上個(gè)世紀(jì)后半頁以來，人類科技便已不可阻擋之勢迅猛向前發(fā)展。而其中最具有代表性的當(dāng)屬計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步。對于工程界的廣大人事而言，這不可不謂是一種福音。在工程實(shí)用的諸多領(lǐng)域里，為尋求可靠的、最優(yōu)的工藝和技術(shù)方案，以往憑借和依賴的直覺、經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)和 “嘗試法 ”隨著工藝設(shè)計(jì)要求的日益嚴(yán)格，最求質(zhì)量所引發(fā)競爭的口臻激烈，已開始顯得力不從心。倘若利用計(jì)算機(jī)這一先進(jìn)手段 ，并輔以相應(yīng)軟件，進(jìn)行虛擬加工，則可提高產(chǎn)品加工質(zhì)量，省時(shí)省力，降低成本。 ANSYS 正是再這樣一種大前提下，應(yīng)運(yùn)而生的。 ANSYS 簡介 ANSYS軟件式世界上著名的大型通用有限元計(jì)軟件，具有強(qiáng)大求解和前、后處理功能，為我們解決復(fù)雜、龐大的工程項(xiàng)目和致力于高水平的科研攻關(guān)提供了一個(gè)兩地工作環(huán)境，更使我們從繁雜、單調(diào)的常規(guī)有限元編程中解脫出來。 在求解電機(jī)磁場問題時(shí)，常用的數(shù)值計(jì)算方法有差分法、邊界元法和有限元法三種，目前廣泛采用的是有限元法。作為一種多功能有限元分析軟件 ， ANSYS已廣泛應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域。 美國 ANSYS 公司成立于 1970 年，由 John Swanson 博士創(chuàng)立的?？偛课挥诿绹e夕法尼亞州的匹茲堡。 ANSYS 程序是該公司開發(fā)的主要產(chǎn)品， ANSYS 大型通用有限元分析軟件融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體，交互式操作菜單環(huán)境，極大地簡化了分析過程的操作性，使設(shè)計(jì)分析更加直觀和可視化，不僅提供了求解器，同時(shí)提供了前后處理器，對模型的創(chuàng)建和結(jié)果的處理更加方便。 ANSYS 軟件是融熱、電磁、流體、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件。 采用 ANSYS 有限元分析軟件中相關(guān)電磁計(jì)算方法 ,可以對被檢測的構(gòu)件和漏磁檢測方法 ,建立漏磁檢測的有限元分析模型 ,從計(jì)算結(jié)果中分析研究檢測的機(jī)理 ,為檢測傳感器的設(shè)計(jì)和結(jié)果分析提供理論指導(dǎo)。通過 ANSYS 軟件可以模擬各種缺陷試驗(yàn) ,分析過程可以分為三個(gè)階段。第一 ,前處理階段 ,此階段先建立實(shí)體模型、定義出材料一些相關(guān)參數(shù) (有限單元的劃分 ,有限單元的輸入和輸出結(jié)果參數(shù) )；第二 ,求解階段 ,施加載荷 ,通過求解器求解；最后為處理階段 ,查看模擬算的結(jié)果 ,根據(jù)它的輸出結(jié)果 ,可以產(chǎn)生試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷拇帕€圖、矢量磁位、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場 強(qiáng)度的等值圖、矢量圖等。計(jì)算時(shí)間的多少和模擬的近似程度 ,主要取決于模型的維數(shù)、單元的多少。在目前最快的臺式 PC 機(jī)上 ,漏磁檢測模型的二維有限元計(jì)算已經(jīng)能較快地給出結(jié)果。 根據(jù)管道內(nèi)漏磁檢測器的工作狀態(tài)，忽略次要因素的影響，可以為其建立二維或三維的有限元分析模型，進(jìn)行靜態(tài)磁場分析計(jì)算。選擇 ANSYS分析模型時(shí)應(yīng)充分考慮到其對稱性，具有對稱性的模型可只為一部分建模，從而大大減少模型的大小，提高運(yùn)算速度。進(jìn)行二維有限元分析是在假設(shè)存在的缺陷為環(huán)狀缺陷的前提下進(jìn)行的，通過二維分析可以掌握管壁缺陷漏磁信號的一些規(guī)律， 但是，管壁上的大多數(shù)缺陷是點(diǎn)狀或面狀的，當(dāng)缺陷的長度和深度相同時(shí)，不同寬度的缺陷產(chǎn)生的漏磁信號時(shí)有差別的，為了研究缺陷的寬度對漏磁信號的影響需要建立三維有限元模型。 三維有限元模型是一個(gè)復(fù)雜的過程，但由于研究重點(diǎn)為缺陷附近的漏磁情況，因此并非一定要建立有限元的全模型，可以根據(jù)要分析的缺陷的大小選擇半模型、四分之一模型或八分之一模型（八分之一模型實(shí)際仿真存在八個(gè)缺陷的管道）缺陷漏磁場的范圍為缺陷表面積的 25 倍，選擇三維模型應(yīng)以要分析缺陷的實(shí)際情況而定，以兩個(gè)缺陷漏磁場互不影響為原則。經(jīng)過三維有 限元分析，漏磁信號更接近于實(shí)際側(cè)的信號。 ANSYS的分析功能包括結(jié)構(gòu)分析、非線性分析、熱分析、電磁場分析、電場法分析、流體流動分析、耦合磁場分析。在本論文中我們主要應(yīng)用的是 ANSYS 的電磁場分析功能。 ANSYS 將模型信息 (單元、節(jié)點(diǎn)、材料等 )、邊界信息（載荷、約束等）以及后處理信息（求解結(jié)果等）集成在一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，這些功能增強(qiáng)了程序的電磁分析能力和靈活性。 ANSYS 軟件主要包括三部分：前處理模塊，分析計(jì) 算模塊和后處理模塊。 前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、壓力分析，可以模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可以將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流顯示、立體切片顯示等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示。軟件提供了 10 0 種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種材料和結(jié)構(gòu)。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行 在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上，如 PC， SGI， HP， SUN， DEC， IBM， CRAY 等。目前版本為 ，其微機(jī)版本要求的操作系統(tǒng)為 Windows 95 或 Windows NT,也可運(yùn)行于 UNIX系統(tǒng)下。微機(jī)版的基本硬件要求為：顯示分辨率為 1024768，顯示內(nèi)存為 2M 以上，硬盤大于 350M，推薦使用 17 英寸顯示器。 ANSYS 軟件特點(diǎn) 該軟件具有以下三方面的特點(diǎn)。 （ 1）強(qiáng)大而廣泛的分析功能：可以廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)等多物理場及多場耦合的線性和非線性問題的分析。 （ 2）一體化的處理技術(shù)：主要包括幾何建模、自動網(wǎng)格劃分、求解、后處理、優(yōu)化設(shè)計(jì)等多種功能及實(shí)現(xiàn)工具。 （ 3）豐富的產(chǎn)品系列和完善的開放體系：不同的產(chǎn)品配套可應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，如航空、航天、船舶、汽車、兵器、鐵道、機(jī)械、電子、核工業(yè)、能源、建筑、醫(yī)療等。 ANSYS 具體分析步驟： （ 1）創(chuàng)建有限元模型，包括： ① 創(chuàng)建或讀入幾何模型 ② 網(wǎng)格劃分 ③ 定義材料屬性 （ 2）施加載荷并求解。施加載荷及載荷選項(xiàng)、設(shè)定約束條件，然后求解。 （ 3）后處理。計(jì)算或查看結(jié)果，然后檢驗(yàn)結(jié)果。 ANSYS 軟件的具體應(yīng)用 前處理器 實(shí)際模型的建立要根據(jù)漏磁檢測裝置測量部分的實(shí)際形狀，管道模型具有明顯的軸對稱特征，可只為一部分建模，再 ANSYS 的二維軸對稱分析中， Y軸對稱為對稱軸，且在 X軸上只能有正值。建立二維實(shí)體模型模擬的是環(huán)狀缺陷的漏磁情況，當(dāng)研究缺陷的寬度對漏磁信號有影響時(shí)需要建立三維模型。 ANSYS 程序的模型輸入可以采用 MKS,CGS或其他一些單位制，系統(tǒng)缺省的單位是 MKS，這里采用系統(tǒng)的缺省單位制。一旦選用了一種單位制，以后所有的輸入均要按照這種單位制。 2 .定義材料屬性