Numerical Analysis of Electromagneto-Mechanical Coupling Dynamic Response of a Typical Tokomak Structure

In an effort to simulate the dynamic behavior of a non-ferromagnetic conducting structure with consideration of the magnetic damping effect,a finite element code is developed,which is based on the reduced vector potential (Ar) method,the step-by-step integration algorithm and a time-partitioned strategy.An additional term is introduced to the conventional governing equations of eddy current problems to take into account the velocity-induced electric field corresponding to the magnetic damping effect.The TEAM-16 benchmark problem is simulated using the proposed method in conjunction with the commercial code ANSYS.The simulation results indicate that the proposed method has better simulation accuracy,especially in the presence of a high-intensity external magnetic field.     

基于非线性涡流的结构材料塑性损伤评价

基于非线性涡流(nonlinear eddy current,简称NEC)检测技术搭建了实验系统,对Q195碳素钢和304奥氏体不锈钢两种常用核电结构材料的塑性损伤程度进行无损定量评价研究。发现材料的塑性损伤程度与非线性涡流检测信号频谱图中基频幅值、三次谐波幅值存在一定线性关系。不同材料的线性关系存在差异,Q195碳素钢的检测信号随损伤程度增大而下降,304奥氏体不锈钢的检测信号随损伤程度增大而上升。通过开发实验系统、进行塑性变形导入和非线性涡流检测实验,分析检测信号与塑性变形程度的相关性,发现检测信号中基波幅值及三次谐波幅值与检测试件的塑性变形程度具有良好相关性,验证了本研究方法对两种典型核电结构材料塑性变形无损定量评价的有效性与可行性。     

埋地聚乙烯管线外部土壤空穴的微波无损定量检测

聚焦于埋地PE(聚乙烯)管线外部土壤空穴的无损定量检测,分析了PE管道内检式微波检测方法。搭建了试验平台,结合多频段微波检测探头,进一步证实内检式微波检测方法及所提检测信号特征、定量评估算法等在埋地PE管线外部土壤空穴无损定量检测中的有效性。     

塑性变形和疲劳对304不锈钢电磁属性的影响研究及微观结构分析（英文）

材料在地震和和长期的流体作用力/应力等外部环境力作用下,极易产生塑性变形和疲劳损伤等典型的微观损伤,这些微观损伤会严重影响材料的电磁属性并缩短结构的使用寿命。本文首先利用MTS试验机分别制作了塑性变形试件和疲劳试件;其次,研究了304奥氏体不锈钢的电磁属性与其塑性变形和疲劳损伤之间的关系;最后,根据微观结构分析讨论了其作用机理。研究发现,随着塑性变形的增加,材料的电导率下降,这归因于材料内部的微观缺陷的产生;随着塑性变形的增加,材料的磁极化强度上升,这归因于材料的非磁性奥氏体相到磁性马氏体相的相变。研究还发现,与塑性变形类似,疲劳损伤也会降低材料的电导率,提高材料的磁极化强度。     

基于固态磁场传感器的脉冲涡流检测铁磁性构件腐蚀缺陷

脉冲涡流检测技术是一种新兴的电磁无损检测技术,该技术可用于铁磁性材料腐蚀缺陷的检测和评估。目前国内外铁磁性材料腐蚀缺陷的脉冲涡流检测多采用盘式检出线圈拾取感应电压信号,但对采用固态磁场传感器拾取磁场信号的分析尚存不足。通过解析建模仿真和试验发现,与传统感应电压信号相比,磁场信号对铁磁性构件腐蚀缺陷深度的响应更为灵敏,有利于铁磁性构件腐蚀缺陷检出率和评估精度的提升。     

基于柔性涡流探头的托卡马克内部线圈导体偏心涡流检测

托卡马克内部线圈由具有三层结构的套管导体绕制而成。在其加工过程中,可能会产生偏心缺陷,导致中间氧化镁陶瓷层绝缘性能下降,进而可能造成严重后果。因此,对其偏心缺陷进行有效的无损检测尤为重要。为提高涡流检测方法对于偏心缺陷的检测能力,降低提离变化等导致的误差,提出和验证了基于柔性涡流探头进行偏心检测的方法,并通过不同探头结构及放置方式下检出效果的对比,探讨了最优探头配置方式。     

基于神经网络方法的应力腐蚀裂纹定量重构

应力腐蚀裂纹(SCC)主要沿着晶界进展,具有类似于树枝分叉的复杂微观结构,其无损定量检测难度较大。基于应力腐蚀裂纹的简化模型和神经网络,提出了一种SCC定量重构方案。主要思路包括将SCC等效为导电率不为零的半椭圆裂纹,采用涡流饼式探头检测信号作为重构源信号,利用FEM-BEM混合法程序计算教师信号,针对所选神经网络提出相应的裂纹参数化方法。最后利用提出的重构方法对模拟SCC进行了定量重构试验。结果表明,所提出的基于主成分分析和神经网络的方法可用于应力腐蚀裂纹的定量重构。     

涡流检测超轻夹层栅格材料的有效性

研究了涡流检测技术对超轻多孔夹芯板无损检测的有效性。通过对波纹夹芯板和点阵桁架夹芯板的涡流检测进行建模和有限元数值模拟,研究了夹芯板焊部裂纹信号和焊部噪声信号的特征,考察了焊部形状尺寸变化对检测信号的影响,验证了利用多频信号演算方法(MFA)提取裂纹信号的可行性。计算结果表明,对于波纹夹芯板和点阵桁架夹芯板,表层和夹层焊接部位的噪声信号和裂纹信号具有明显不同的频率相位特征,裂纹信号对激励频率更敏感。焊部检测信号中的裂纹信息可利用多频信号演算方法进行分离,并可进一步对裂纹的存在和大小进行定性和定量分析。     

基于支持向量机和神经网络方法的应力腐蚀裂纹定量重构

应力腐蚀裂纹具有类似于树枝分叉的复杂微观结构,其无损定量检测非常困难。提出了利用神经网络和支持向量机方法的涡流检测应力腐蚀裂纹定量重构方案并进行了有效性验证。首先将应力腐蚀裂纹等效为部分导电的半椭圆形平面裂纹,利用FEM-BEM混合法程序建立了涡流检测训练信号集;其次,针对所选神经网络和支持向量机方法分别提出了相应的裂纹参数化和阻抗信号特征提取方案,建立了应力腐蚀裂纹重构策略,在此基础上分别对模拟应力腐蚀裂纹进行了重构。计算结果表明支持向量机方法对含噪声信号的反演效果明显好于神经网络,该法对于应力腐蚀裂纹的定量重构更为有效。     

曲面PBX构件内部裂纹小角度斜入射超声检测数值模拟

为探究裂纹分布、形态等复杂性对高聚物黏结炸药(PBX)曲面构件中超声传播特殊性的影响,优化水浸超声斜入射检测参数,基于有限元方法和典型检测工况,建立了曲面PBX构件超声无损检测的数值计算模型,利用COMSOL商用软件计算分析了表面瞬态位移激励下曲面PBX构件内部声场传播规律,模拟计算了不同角度及裂纹的超声检测信号,研究了入射角度等参数对曲面PBX构件裂纹水浸超声小角度斜入射检测结果的影响.数值仿真结果表明,声束与裂纹夹角为8°～10°时,小角度斜入射超声检测方法对PBX构件的内部裂纹缺陷的检测性能最优,且不受裂纹深度的影响.同时,设计制作了曲面PBX模拟试件,搭建了小角度超声检测实验系统,开展了不同入射角度、裂纹参数下的超声检测实验,实验所得最优检测角度(8°)与仿真结果(8°～10°)吻合,验证了数值模拟结果的合理性和小角度超声检测的有效性.