ANSYS在电磁无损检测中的应用

　　无损检测技术以不损坏检测对象的使用性为前提,以材料的物理性质为理论基础,其发展过程几乎利用了世界上所有物理研究的新成就,新方法,在航空,医学,机械材料,石油管道等领域具有广泛的应用价值[1-7].

　　实现无损检测的方法有多种,例如超声检测、射线检测、磁记忆检测、电磁检测等,其中电磁检测主要包括传统涡流检测以及近年发展起来的交变磁场检测(ACFM).并且随着磁测量技术,尤其是20世纪80年代后随着SQUID的快速发展,电磁检测在电子电路方面又开拓出了一片新的领域[8-10].20世纪90年代是国际无损检测技术发展的又一个兴旺时期,其特点是计算机技术不断向无损检测领域渗透,使得无损检测仪器的改进得到很大提高[6].

　　随着无损检测技术的不断发展,不仅要求检出缺陷的有无,还要对缺陷进行定量、定性,进而对检测对象做出无损评价.这可以通过试验或数值模拟计算的方法得到,有助于对特定的检测对象进行有效的检测[11],通过试验手段具有相当的可靠性,但是仅通过试验来积累经验相当的费时费力[12],并且对于新兴的无损检测技术,如ACFM方法,这方面的信息相对较少,在实际检测过程中也存在一定难度,作为一种新型技术,需要进一步对测量的可行性进行完善研究,通常可用一定的仿真软件进行模拟.随着数字技术,尤其是有限元方法的广泛应用,它可以方便处理复杂形状的边界和交界面[13],电磁场问题的数值分析也得以解决.

　　1　ANSYS

　　ANSYS是当前可视化的面向科学计算的优秀仿真科技应用软件.它是当前有限元分析软件中的佼佼者,它拥有丰富和完善的单元库、材料模型库和求解器,保证了它能够高效的求解各类电磁场问题,以及多场耦合问题[14-15].

　　本研究主要是针对当前新兴的ACFM无损检测手段先进行仿真研究,再与理论数值相比较,从而为实际检测系统中缺陷的定量研究提供理论上的指导.为使得出的仿真结果更具普遍指导意义,采用三维模型对金属表面缺陷检测进行了模拟.试验结果与理论数值得基本吻合,同时简要介绍了当前涡流检测仿真的发展,这充分显示了这种研究思路在电磁无损检测中的可行性和在实际工程应用中的重大意义.

　　2　ANSYS在无损检测中的应用

　　2.1　ACFM缺陷检测

　　2.1.1　ACFM原理

　　根据楞次定律,电磁波在导体中传播时,导体中将产生感应电流,而感应电流分布及大小与导体的电导特性有关.如果让交变电流垂直于样品平面,当被测样品中无缺陷时感应电流均匀分布,电流线平行,如果存在缺陷,电流线会在缺陷边缘处产生汇聚和偏转,两端电流密度比激励电流要大得多,存在一定的奇异性,这种电流的变化会产生一个偶极子磁场[16-17],如图1所示.