铁磁材料电磁超声无损检测数值模拟

电磁超声无损检测由于具有无需耦合剂、检测速度快、效率高等优点而被应用于众多工程领域。文章研究了碳素钢电磁超声无损检测数值模拟中的重点问题——磁性材料内部磁场分布的数值模拟方法。以麦克斯韦方程组为理论基础,基于等效磁极化法开发了铁磁材料内部的磁化强度计算方法和程序。数值模拟中采用有限元-边界元混合方法,并采用等效电流模型计算永磁体磁场分布,以实现铁磁性材料内部三维静态磁场数值模拟。通过对数值模拟结果的分析及与ANSYS计算结果进行比对,验证了方法的有效性。     

电磁超声表面波换能器发射过程的精确建模与分析

针对具有曲折线圈结构的电磁超声表面波换能器模型精度较低问题,以铝合金板材表层缺陷检测为背景,在考虑交变磁场影响前提下,通过将有限元方法与解析法相结合,建立了一个精确描述电磁超声表面波换能器发射过程的三维模型。仿真分析表明,换能器在发射过程中产生的交变磁场可激发出两倍频率成分的表面波;该表面波分量能够有效提高换能器的缺陷敏感度;增加发射电流、降低提离距离均可显著增强该分量。试验验证了所建模型的有效性和精确性。     

基于偏置磁场EMAT表面波换能器效率的分析

为提高常规EMAT(电磁超声)换能器效率,设计一种新型偏置磁场EMAT换能器。利用有限元软件建立EMAT激励表面波的二维仿真模型,对比分析常规和偏置EMAT对激励表面波的影响。最后设计正交试验研究磁铁高度、磁铁宽度、线圈高度、线圈宽度和线圈提离对偏置EMAT激励表面波的影响规律,并通过试验验证了其准确性,此外还研究了偏置磁铁对接收EMAT的影响。结果表明,偏置EMAT换能器激励的表面波幅值比常规EMAT的提高了51%,并且该方法不会在频域信息上发生主频分叉畸变问题,采用偏置EMAT接收的信号幅值比常规EMAT的提高了38%,偏置EMAT能有效提高检测灵敏度。     

多通道体导一体电磁超声换能器的优化设计

为了减少多通道电磁超声换能器的磁铁数量,提高检测信号的信噪比,提出了一种组合型磁铁结构EMAT(电磁超声换能器),使用该EMAT可以在一次检测过程中完成超声测厚、轴向导波和周向导波扫查。通过仿真优化了换能器结构设计,分析了其结构参数对磁场强度的影响。设计换能器并搭建试验平台,验证了模型结构的正确性。与传统换能器的励磁效果相比,该换能器在工件近表面产生的磁场强度较大,可以在一次检测中同时完成测厚与轴向和周向两个方向的导波扫查;测厚信号的信噪比提升了2 dB,导波信号的信噪比提升了19.5%,检测效率得到提高。     

用于无损检测的电磁超声换能器研究进展

电磁超声换能器(EMAT)是一种通过电磁耦合方法产生和接收超声波的换能器。由于EMAT具有非接触性、无需耦合剂等优点,受到广大无损检测与评估工作者的广泛关注。从物理原理出发,介绍了EMAT过程数学建模、装置设计以及工程应用等方面的研究现状,并对其发展趋势作出了展望。     

低频电磁铸造铝合金结晶器材料对磁场的影响

低频电磁场作用下铸造铝合金过程中,优化的结晶器应该在电源频率相同、较低的电流下在铝熔体内部能够获得所需要的磁场强度.结合生产实际情况,设计出工业上实用的低频电磁铸造铝合金结晶器.在结晶器外套材料的不同情况下,对低频电磁铸造铝合金过程的电磁场进行了三维有限元数值模拟.模拟结果表明,当结晶器外套为软磁材料时,铝熔体内部磁场强度得到明显加强.     

电磁超声换能器的微弱信号检测

电磁超声换能器的换能效率很低,得到的接收信号十分微弱。为了改善接收信号质量,采用了基于谐振理论的选频放大技术、基于互相关理论的锁相放大技术以及平均技术3种方法对电磁超声接收信号进行处理。实验表明,所设计的选频放大电路和锁相放大电路均能将微弱的电磁超声接收信号从强噪声背景中分离,而平均技术则能够有效改善接收信号的信噪比。最后给出了电磁超声系统联调的实验波形,并对3种检测技术的优缺点进行了分析。     

直流电磁泵电磁铁磁场ANSYS数值模拟

利用ANSYS软件模拟了电磁泵电磁铁产生的三维磁场,仿真出电磁铁的磁力线分布情况,计算出磁隙间的磁感应强度大小,与实验所测的值相比较误差为1%,验证了模拟的正确性.并给出了电磁铁磁感应强度总量和分量的分布特征,实现了电磁铁磁场的可视化.     

确定电磁超声换能器钢管检测最佳磁化强度的试验研究

由于电磁超声换能器检测钢管缺陷时,其磁场强度影响超声波幅值,进而影响检测灵敏度。为此设计了确定最佳磁化强度的试验方案,通过试验得到超声波幅值随电磁场激励电流的变化曲线。确定了最佳磁化强度时的激励电流。     

螺旋磁场电磁搅拌的数值模拟

建立描述不同磁场搅拌模式下的三维有限元模型,对比研究励磁电流、搅拌频率、搅拌器空间位置对磁感应强度和电磁力的影响规律。结果表明:磁场模拟结果与实测数据吻合良好,磁感应强度随励磁电流的增加呈线性增加;随搅拌频率的增加递减,磁感应强度沿中心轴线的分布表现为"中间大两头小"的特点,在径向铸坯边缘处最大,向中心逐渐衰减。电磁力随励磁电流和搅拌频率的增加而增大,中心轴线上底部电磁力值最大,并沿着轴线方向向上逐渐衰减;半径方向上边缘处的电磁力最大,向铸坯心部方向有小幅度的衰减。不同磁场作用下的计算结果表明:搅拌参数相同时,螺旋磁场具有更强的磁感应强度和电磁力,引起金属熔体沿径向和轴向上更大范围的流动,更有利于改善合金成分分布和凝固组织。     

涂覆铁磁材料的Bi2223带材临界电流特性

系统研究了表面镀镍的Bi2223多芯带材的临界电流特性。实验表明,经过镀镍处理的Bi2223带材的临界电流可提升10%左右。为了更好的说明铁磁环境对于临界电流的影响,建立了有限元模型,定量研究了外加磁场下不同涂覆参数对于临界电流的影响。     

电磁超声检测中激磁场的有限元模拟

电磁超声检测是一种新的无损检测技术,激磁场是影响电磁超声检测灵敏度的重要环节。文章介绍了利用有限元技术计算电磁超声激磁场的方法,分析和探讨了电磁超声检测中经常用到的几种激磁场的分布和特点。     

考虑电磁机械耦合效应的电磁超声数值模拟方法

提出了考虑速度效应电磁机械耦合的电磁超声数值模拟方法,并开发了相应的程序。该方法在控制方程中导入了速度诱发电场项,并采用退化向量位法(Ar)进行涡流场数值模拟和采用有限元及逐步积分方法进行超声波计算。数值模拟所得EMAT信号和超声波传播过程均证实了本方法和程序的有效性。为了确定耦合效应的影响,对考虑耦合和忽略耦合两种情况分别在不同条件下进行了数值模拟。通过比较振动幅值和洛伦兹力的模拟结果,证实耦合效应对EMAT数值模拟结果影响并不显著。     

外水套对电磁软接触结晶器内部磁场影响的模拟研究

通过有限元法三维数值模拟,研究了电磁软接触结晶器口部外水套对圆坯电磁软接触结晶器内部磁场的影响规律.结果表明,对于上通体切缝结晶器而言,结晶器口部外水套对其内部磁场分布的影响明显;随着切缝初始位置的下移,外水套对结晶器内部磁场的影响越来越小.当切缝的初始位置保持不变时,外水套的影响作用随着感应线圈内电流的增大而增大.     

大圆坯连铸M-EMS参数对磁场和流场分布的影响

采用有限元法和有限体积法对φ250mm大圆坯连铸结晶器电磁搅拌(M-EMS)磁场和流场进行耦合计算。分析了不同电磁搅拌电流和频率下磁场和流场的分布。研究表明,数值模拟结果与实测结果基本一致。钢液中心面的磁感应强度在角部要明显大于中心。电磁力在横截面周向上分布均匀,流动呈涡旋状。当频率相同时,磁感应强度、电磁力和流速随着电流的增加而增加。当电流相同时,沿拉速方向,磁感应强度随频率增加而减小,电磁力和流速随频率的增加而增加。沿搅拌器中心径向,磁感应强度和电磁力随频率增加而减小,频率对切向流速的影响不大。对于φ250mm大圆坯连铸结晶器电磁搅拌,在电流和频率为480A,3Hz时能起到良好的搅拌效果。     

稀土超磁致伸缩超声换能器的研制与试验

针对超声表面强化技术要求,设计了基于稀土超磁致伸缩材料的超声强化换能器。通过对换能器整体结构进行磁场分析,模型的磁力线和磁流密度分布情况表明该换能器磁场封闭性良好,无明显漏磁现象,验证了其结构设计的合理性。基于该超声换能器的振幅输出实验,得到在电源的激励信号为方波、频率为15 kHz条件下,该换能器产生的输出振幅最大,达到11μm以上。     

超声换能器性能对检测质量的影响

分析了一批国产和进口探头的波形和频谱特征,讨论了它们对检测质量的影响。并指出,为了确保检测质量在选择探头时应当注意探头的波形和频谱特征。     

电磁超声的数值模拟方法

电磁超声检测技术由于无需媒介以及与被测物体非接触,不但可提高检测效率,而且可将超声检测技术的应用扩展到高温、高速和在线检测。根据电磁超声传感器的工作原理,建立了基于有限元的电磁超声无损检测数值分析方法,开发了相应的计算程序,验证了其有效性。应用开发的电磁超声数值模拟程序,研究了不同激励方式对电磁超声波的影响,得到了相应超声波在均匀各向同性金属介质中的传播过程。该计算方法和程序为实际电磁超声检测中缺陷的定量和探头优化提供了手段。     

电磁超声不同线圈选型数值模拟分析

电磁超声是近几年迅速发展的一种新兴无损检测技术,与常规超声相比具有非接触、无需耦合、适于高温检测、易于激发各种超声波形等优点.因此,本文基于数值模拟方法研究了不同线圈结构对电磁超声技术的影响,确定在本文研究条件下最佳线圈类型.