压力对管道缺陷磁记忆信号的影响分析

为了分析利用磁记忆检测技术进行管道在线内检测的可行性,需要分析压力对管道缺陷磁记忆信号的影响。在J-A力磁耦合模型基础上得出相对磁导率与应力的数值关系,在Ansys软件中导入相对磁导率与应力的关系进行力学与静磁学联合仿真。研究结果表明:缺陷磁记忆信号有两个特点——径向磁场产生最小值到最大值的突变,轴向磁场出现最大值。在压力作用下管道内部背景磁场减小,缺陷磁记忆信号随着压力增大先减小后保持不变,可以利用磁记忆检测技术进行管道在线内检测。     

管道缺陷漏磁检测信号的仿真

漏磁检测是管道无损检测的常用方法,也是最有效方法之一.在检测管道的过程中,对于不同的缺陷会检测到不同的漏磁信号.通过建立管道检测的实体模型,对管道斜向裂纹缺陷所产生的漏磁信号运用ANSYS有限元软件进行模拟仿真,从仿真信号中的磁通密度纵横向矢量图中,直观地显示了漏磁场附近的特点,找到缺陷轮廓及参数.利用有限元可以分析出,缺陷漏磁场的峰值会随着裂纹的倾斜角度、宽度、深度、提离值的大小变化而变化,可以方便地建立大量大小不一形状不同的缺陷样本库,为缺陷的识别提供依据并为定量分析做准备,为进一步对漏磁场的研究打下基础.     

X70管线钢金属磁记忆信号特征研究

针对铁磁构件表面磁记忆信号法向分量在裂纹或应力集中处存在过零点现象,很多学者对此有争议,通过线切割模拟裂纹,在拉伸试验机上拉伸管道构件,并分析管道构件表面漏磁信号法向分量,发现在裂纹处法向分量确实存在过零点现象,但是过零点随着拉伸栽荷的变化发生漂移,当载荷增加到一定程度过零点不再漂移.结果表明,不能单纯以法向分量过零点判断裂纹或应力集中处.     

柱塞泵螺纹的磁记忆检测技术研究

针对石油行业柱塞泵螺纹长期服役后容易产生疲劳失效,且至今尚没有好的检测方法对其进行检测。应用磁记忆检测技术对其进行检测,并对不同裂纹处磁场进行有限元仿真分析,提出了柱塞泵螺纹的磁记忆检测方法,研究了不同缺陷处磁记忆信号特征。分析结果表明,磁记忆检测技术是检测柱塞泵螺纹缺陷的有效方法,通过磁记忆信号能对缺陷类型进行区分。     

金属管道裂纹的磁记忆检测研究

提出采用裂纹区的应力场和应力-磁场理论来解释磁记忆检测原理,并通过采用磁偶极子模型来实现裂纹长度的定量化研究;对各种不同管道裂纹进行磁记忆检测,再对其磁记忆信号特征进行分析、研究。检测分析结果表明:裂纹尖端处应力集中且磁场出现最大值,磁场强度的法向分量也达最大值;而在裂纹中部附近,磁场强度的切向分量出现最大值,法向分量具有过零点特征。裂纹长度与磁记忆切向分量信号梯度峰值之间的距离和法向分量信号的波峰和波谷之间的距离近似成正比例关系。根据这一现象,给出了一个具有较好计算精度的确定裂纹长度的计算表达式,并用实验结果进行了验证。     

埋地铁磁小管道腐蚀力-磁耦合仿真研究

利用ANSYS有限元分析软件,对腐蚀管道模型在受内压及地磁场作用下的力-磁效应进行模拟,得出了管道模型在不同腐蚀间距及不同腐蚀深度下的应力分布和磁信号分布;同时利用管道弱磁检测仪对青海油田所辖管段的埋地小管道进行了检测,通过分析检测到的管道表面磁感应强度分量的梯度值dB_X、dB_Y、dB_Z的波形特征,确定了腐蚀缺陷位置,并将检测分析结果与模拟结果相比较,证明了两者有较好的一致性;结果表明利用管道磁信号的波形特征判断腐蚀缺陷的评价方法具有合理性,能够对埋地管道在非开挖状态下进行早期诊断,为弱磁检测技术提供理论依据。     

埋地铁磁管道环焊缝非开挖定位技术研究

利用RD8000测绘管道路由,使用非接触式金属磁记忆检测仪在埋地铁磁管道正上方采集管段信号。通过Savitzky-Golay滤波器对数据进行滤波,发现当磁感应强度法向分量变化量梯度K_z过零点,且磁感应强度切向分量变化量梯度K_y出现极值时,可以判断该特征位置为环焊缝位置。通过对比磁信号图中相邻环焊缝的相对距离ΔL_1与建设期管节长度ΔL_2,可以匹配磁信号图中环焊缝所对应的建设期编号,且误差小于1 m。最终结合磁记忆检测仪采集的GPS信息,从而确定目标环焊缝地理位置。     

基于改进梯度下降算法优化的磁梯度张量组合不变量算法的管道缺陷边缘识别模型

针对油气管道磁记忆检测受方向影响较大且缺陷边缘精确识别困难的问题，提出了一种基于改进梯度下降算法(MGD)优化的磁梯度张量组合不变量算法模型，用于管道缺陷边缘的精确识别。以L245N管线钢为试验材料，预制不同深度、不同直径的圆孔状缺陷，设计磁梯度张量测量系统，结合TSC-5M-32型磁记忆仪进行检测实验，获得管道的磁梯度张量矩阵。为克服检测方向对磁记忆信号的影响，分别提取磁梯度张量第二、第三不变量I₁、I₂,进一步考虑这两种不变量在缺陷边缘处易出现模糊，根据Cardano公式对两种不变量进行改进，并分别设置权值a、b进行叠加获得组合不变量I,利用分数阶求导改进梯度下降算法确定最优权值，建立管道缺陷边缘磁记忆识别模型。研究结果表明：该模型对缺陷边缘识别平均相对误差为3.59%,最大相对误差为6%,为实际工程中管道缺陷边缘精准识别提供了可行办法。     

强化磁激励条件下磁记忆检测试验研究北大核心

对含预制缺陷的16MnR钢平板试件进行拉-拉疲劳试验,试验过程中采用励磁装置进行稳恒弱磁激励,通过巨磁阻传感器采集试件表面应力集中区域的漏磁场信号。结果表明,在弱磁激励和载荷作用停止时测得的漏磁场切向分量仍可以认为是一种广义的磁记忆信号,适当加强外磁场激励可以突出、强化磁记忆信号,提高检测系统的灵敏度,使检测效果得到改善;漏磁场切向分量在试件应力集中处出现最大值,其值随循环次数增加而增大,且在疲劳的不同阶段幅值变化率不同。     

管道三维漏磁检测的有限元仿真应用

介绍了漏磁检测技术的原理;设计了前端三维数据采集系统,实现了对漏磁缺陷信号的获取,并对信号特征进行分析与识别;采用有限元分析法对管道漏磁场理论进行了研究,建立三维漏磁检测模型,得到与实际获得的漏磁缺陷信号基本一致的仿真信号;通过有限元分析研究了提离值对荻取漏磁缺陷信号的影响.通过验证表明有限元分析法仿真漏磁缺陷信号的可靠性.     

基于双磁场管道复合型缺陷应力信号提取方法研究

缺陷和应力共同存在的复合型缺陷是影响管道安全运行的重要因素之一。双磁场管道内检测法可用于复合型缺陷处应力损伤程度判断,但应力信号提取方法亟待解决。本文将J-A理论中的磁力学关系引入磁荷模型中,解析计算了不同应力、外磁场下复合型缺陷磁信号,建立基于双磁场信号比值的复合型缺陷应力信号提取模型,提出比值因子用于缺陷处应力水平的评估,并进行了系统的实验验证。研究结果表明,强磁信号对缺陷处应力大小不敏感,信号主要包括缺陷尺寸信息;弱磁信号对缺陷处应力大小敏感,信号包括缺陷尺寸信息和缺陷处应力信息。提出的比值因子可反映缺陷处应力情况,弱磁场强度较低时,比值因子随缺陷处应力的平均变化率大于9%,随着弱磁场强度的增加,比值因子随应力变化幅度变小。     

管道损伤磁梯度共振稀疏分解与BMSR辨识方法

为更好地提取埋地钢质管道地磁环境下由应力集中产生的磁力信号,克服现有磁力检测缺乏有效高灵敏度多元探头阵列和信号处理技术的问题,提出一种磁梯度张量共振稀疏分解结合偏置单稳随机共振(bias monostable stochastic resonance,简称BMSR)的辨识方法对管道损伤进行有效评估。首先,探头布置采用十字张量阵列形式;其次,针对管道缺陷和现场干扰信号特点,用不同品质因子对信号进行共振稀疏分解,剔除掉一部分干扰信号;最后,加入不同时域恢复的随机共振系统结合量子遗传算法进行参数寻优。将该辨识方法用于实际站场管道张量检测信号,比较传统低通滤波、不同随机共振系统结合共振稀疏分解的处理结果,验证了磁梯度张量共振稀疏分解加偏置单稳处理算法在提取管道损伤磁场和表征管道应力集中的有效性。     

磁记忆信号定量分析的电子交换模型及性能

磁记忆法可以有效地判断铁磁性金属构件的应力损伤区域。但是,磁记忆自发漏磁信号形成机理和影响因素复杂,不同应力集中程度的磁记忆信号特征很难得到定量化分析,严重影响了该项技术的实际应用。根据电子自旋理论,建立了s-d轨道电子交换模型,计算了晶体屈服前后电子自旋态密度、原子磁矩、晶格尺寸的变化规律,进而定量分析磁记忆信号与应力集中程度的对应关系。研究结果表明,磁记忆信号与应力成一一对应的线性变化关系。晶体在屈服前,磁记忆效应主要由d轨道电子自旋作用决定,磁记忆信号与应力的对应关系具有很好的可重复性;晶体发生屈服后,电子自旋交换作用增强,d轨道电子自旋作用减弱,s轨道电子自旋作用增强,磁记忆信号变化幅度减小,磁记忆效应整体减弱。     

磁记忆二维检测的研究与工程应用

磁记忆检测作为早期诊断的新兴技术已受到国内外无损检测界广泛关注,但现有的磁记忆检测技术主要以单一方向上的漏磁场信号(法向分量)来进行判断,没有充分利用磁记忆检测信号的全部信息,容易出现漏检、误检等问题。针对该项检测技术的不足,介绍一种将磁记忆检测信号法向分量存在过零点和切向分量存在极大值的特征曲线联合应用的二维检测方法。该方法同时采集法向和切向的磁记忆信号,利用矢量合成法获取切向最大值,然后求取法向、切向分量一阶微分后合成的李萨如图,利用李萨如图的面积对应力状态进行分析,并将自主研制的磁记忆二维仪器应用到工程实践中。实践证明,该二维系统及检测方法能高效地对应力集中进行判定,可望成为实现磁记忆检测定量分析的新方法。     

拉伸及疲劳载荷对低碳钢磁记忆信号的影响

为探索金属磁记忆现象的物理本质,深入研究载荷对磁记忆检测信号的影响,在MTS810型液压伺服试验机上对低碳钢板状试件分别施加静载拉伸载荷及拉-拉疲劳载荷,采用EMS-2003型金属磁记忆与涡流诊断仪检测加载过程中磁记忆信号的变化。结果表明:施加载荷前试件表面的初始磁状态不同;加载过程中两种加载方式均使磁记忆信号曲线由初始的随机分布转变为较有规律分布,静载拉伸试件弹性变形阶段与塑性变形阶段的磁信号曲线具有明显差异,疲劳试验不同循环周次下磁信号曲线相似;断裂瞬间断口处磁信号激变,两端极性相反;疲劳加载过程中过零点由初始磁状态的随机位置逐渐漂移集中在断口处。     

基于LMTO算法磁记忆屈服信号的定量化分析

磁记忆法对铁磁性金属构件的应力集中区域具有很好检测效果。但是,目前构件在弹性阶段和塑性阶段的磁记忆信号特征很难被区分,从而无法对构件的应力集中程度和使用寿命进行有效评估。基于固体电子理论建立了磁记忆效应的边界滑移模型,利用线性化M-T轨道算法(LMTO)计算了固体在弹性、塑性阶段,系统的能量变化、不同轨道电子的自旋态密度的变化情况,进而定量分析了构件发生屈服后的磁记忆信号变化规律。研究结果表明,应力集中程度与系统边界滑移能量呈线性正比例关系,与电子自旋态密度峰峰值、磁记忆信号呈线性反比例关系;构件发生塑性形变后,体系能量和电子自旋发生不可逆的变化,磁记忆信号曲线出现转折点;构件每发生一次塑性变形,磁记忆信号初始值都会变小,曲线斜率变小。     

基于磁记忆的油气管道应力损伤检测方法研究

应力集中是油气管道损坏的关键因素,对管道安全构成重大威胁。对其进行有效检测,既可发现由应力集中引起的机械损伤亦可实现对管道早期损伤的预判。磁记忆检测技术作为一种应力检测方法得到了业界认可。从能量平衡角度出发,分别从宏观和微观的角度对应力作用下的铁磁体磁记忆信号特征进行分析,建立应力与材料磁化率及原子磁矩之间的理论关系模型。采用基于第一性原理的CASTEP软件对铁碳金属体系的磁记忆力磁耦合过程进行仿真。结果表明,铁磁体在外力作用下,体系能量将重新平衡并达到稳定状态,电子能带及态密度分布特征发生改变,导致材料磁性下降,原子磁矩及材料磁化率随应力增大呈线性减小的变化趋势。通过对含裂纹管道的磁记忆检测,验证了应力损伤磁记忆检测方法的理论分析正确性及工程应用有效性。     

基于奇异值分解的磁记忆信号特征提取方法

针对金属磁记忆信号容易受到环境噪声影响,使得缺陷信号可检测性降低的情况,首先,利用传统的奇异值分解方法对场桥主梁磁记忆信号进行分解和重构,发现尽管可以取得较为理想的降噪效果,但如何自适应确定重构时的奇异值个数仍存在困难;然后,将磁记忆信号按照二进递推方法构造矩阵,重复进行奇异值分解可以获得具有不同分辨率的近似信号和细节信号,从而形成多分辨奇异值分解,其中细节信号对应磁记忆中的噪声成分,近似信号为去除噪声之后的有效磁记忆信号,从而实现了磁记忆信号的降噪。将该方法用于某场桥主梁磁记忆信号的处理,有效地提高了重构信号的信噪比,准确地判断出了该主梁的应力集中区域,为评估其应力状态和早期故障诊断奠定了基础。     

Ultrasonic defect detection of a petroleum pipeline in a viscoelastic medium

During detection of the defects in the inner wall of a petroleum pipeline via an ultrasonic nondestructive evaluation method, the defect echo and the inner-wall echo often overlap. It is difficult to identify the arriving time of the defect echo. When an ultrasonic wave propagates in a viscoelastic medium, the stress relaxation and creep deformation result in a signal characterized by frequency. The wave speed and attenuation rate are dependent on the frequency; thus, the ultrasonic signal has different shapes along the wave propagation path. Sometimes the wave shape is wry. The empirical mode decomposition technology used for separating the overlapping echo signals has been presented in this paper. With such technology, the original ultrasonic signal can be decomposed and then some intrinsic mode functions (IMFs) and a residue can be obtained. Different IMFs contain different echo signals. Some useful IMFs are selected to reconstruct the ultrasonic signal. The peaks of the reconstructed ultrasonic signal envelope indicate the arriving time of the echo signals. The experimental results show that this method is effective for detection of the defects in the inner wall of a petroleum pipeline. The text was submitted by the authors in English.     

经验模态分解在管道缺陷漏磁检测信号处理中的应用研究

针对管道缺陷漏磁检测信号中存在严重噪声干扰的问题，将经验模态分解方法用于漏磁检测信号的噪声分离和有效信号提取，对实际测试的与输油管道材质相同且具有人为模拟缺陷的漏磁信号进行处理，结果表明，该方法可以很好地抑制噪声从而得到清晰的、表征缺陷特征的有用信号，达到与小波变换相同的处理效果，同时克服了小波方法中基函数选择困难的问题。