磁法检测合金钢有限元分析.doc

1、XX大学毕业设计（论文） 题 目： 磁法检测合金钢有限元分析 学 院： 测试与光电工程学院 专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二Oxx年 六 月磁法检测合金钢有限元分析摘要：合金钢具有优良的特性，在航空、航天、铁道等部门具有广泛的应用前景。由此，对合金钢材料的无损检测的研究就具有非凡的意义。地磁场分布广泛，在实践中有着方便简单无污染的特点。随着科技的发展以及仿真软件研究的加深，地磁场在软件模拟层面上有着实质的使用。本文正是在这一背景下通过Ansys软件分析研究合金钢在地磁场环境下的3D静磁场。首先用Ansys软件建立合金钢模型，施加相同的约束条件。在实验过程中将地磁

2、场分别均匀的施加于合金钢材料上，使用通用后处理器对实验数据进行计算。在建立模型时，改变缺陷的尺寸，观察缺陷尺寸改变后磁感应强度的变化情况。通过分析可知，随着缺陷深宽比的增大，磁感应强度变化越大。利用磁法检测仪对合金钢表面槽型缺陷进行实验，对实验结果分析处理，对比仿真分析所得的磁感应强度曲线图与实验分析所得图形，可以发现Ansys仿真所得的结果实验数据更加精确，缺陷的检出率较高，实验方便、计算精确度高，具有良好的应用前景，这是Ansys仿真分析的价值所在。关键词：地磁场Ansys仿真建立模型 磁感应强度Detection of magnetic steel Finite Element Anal

3、ysis Abstract:Alloy steel has excellent properties,it has broad application prospects in aviation, aerospace, and railway department .Thus, the study of non-destructive testing on aluminum alloy material with extraordinary significance.Geomagnetic field is widely distributed, which has many characte

4、ristics,such as: convenient, simple in practice and no pollution .with the development of science and technology and to enhance simulation software research geomagnetic field in the software simulation level with the use of the substance. This article is steel in the Earths magnetic field research e

5、nvironments 3D static magnetic field in this context analyzed by Ansys software.First with Ansys software to establish steel model, applying the same constraints.Experimental procedure will be applied in a uniform magnetic field, respectively, to the steel material, the processor of experimental dat

6、a calculated using common.In establishing the model, change the size of the defect, the defect size changes observed after changes in magnetic flux density. Through analysis, along with defects aspect ratio increases, the greater the change in magnetic flux density.Use magnetic detector geometries f

7、or steel surface defects experiment, analysis and processing of results,The resulting simulation than the above magnetic induction and experimental analysis resulting graph graph.Ansys simulation can be found in the results of the experimental data obtained more accurate, higher detection rate of de

8、fects, easy experiments, computing and high precision, with a good prospect, this is where the value of Ansys simulation analysis.Keyword: The magnetic field ANSYS simulation Modeling MagneticInduction目 录1 引言1 1.1 课题研究背景和意义1 1.2 磁法检测技术国内研究现状2 1.3 磁法检测技术国外研究现状3 1.4 磁法检测技术的不足42 磁法检测技术5 2.1 磁法检测技术的原理及特

9、点5 2.1.1 磁法检测技术的原理5 2.1.2 磁法检测技术的特点6 2.1.3 电磁场的有限元理论6 2.2 地磁场以及其对合金钢的磁化机理8 2.2.1 地磁场的作用8 2.2.2地磁场对合金钢的作用机理9 2.3 合金钢的磁特性10 2.3.1物质的磁性10 2.3.2 合金钢的磁特性11 2.4 磁法检测仪器143 Ansys仿真软件及其应用17 3.1 Ansys有限元分析软件的介绍17 3.2 合金钢模型简述18 3.3 设置单元类型和材料属性19 3.4 建立模型19 3.5 划分网格20 3.6 施加载荷与求解21 3.7 缺陷地磁场静态模拟结果分析214 数据处理24 4

10、.1 仿真结果24 4.2 实验结果25 4.3 对比分析275 结论28参考文献29致谢30地磁场磁法检测合金钢有限元分析1 引言1.1课题研究背景和意义无损检测是利用材料的声、光、磁和电等特性，在不损坏被检对象的基础上，对材料或在役工件探伤及评价来确保材料的安全使用，进一步提高产品的质量的一种检测方法。其原理是：利用材料内部结构存在的异常或缺陷而引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，辅助一定的设备，显示相关信号以显示被检对象性能的变化。电磁检测（Magnetism Testing，简称MT)是无损检测方法的一种，可以检测工件表面和近表面缺陷，且探伤灵敏度较高、操作简单、快速，因而，在工业生

11、产及科科研领域获得广泛应用。合金钢的密度低，强度高，耐高温。同时它具有各种优良的特性，被用来加工成型各种材料，在现代化工业中应用较广。众所周知，我国航空产业在飞速发展，同时，现代化进程也在快速进行。合金钢在现代工业中发挥着重大作用，如在航空、航天、石化、核能和动力等领域中，利用合金钢制造的棒材、板材、带材、管材、丝材和锻件等已得到广泛应用。近年来，随着航天、航空发动机的性能不断提高，合金钢作为发动机中的关键材料，在承温能力、持久性能和抗疲劳性能等方面也提出了更高的要求，这样才能满足当今对先进航空发动机高可靠性、高性能、长寿命的需求。由于使用年限、使用环境及外部载荷的影响，合金钢材料表面及内部会

12、出现磨损和损坏，如果不能及时发现并更换，很可能发生航空意外事故，对人民生命及财产完全造成重大危害。因此，对于合金钢材料，怎样快速准确检测出缺陷，及时作出安全评估，一直是一个亟待解决的问题。合金钢的无损检测方法多种多样。目前用于检测合金钢材料的检测方法主要有涡流检测、超声波检测、磁粉检测、射线检测、和漏磁技术等。其中涡流法无损探伤是以电磁感应为基础的。在交变磁场的作用下，不同材料会有不同的振幅，同时也会产生相应的涡流值11。可以通过这些所测的涡流值来探测材料的各种性能以及组织等。用超声波技术来检测材料的各种缺陷的研究趋于成熟，现今阶段，国内外普遍采用压电超声技术来检测板材。超声波探头是压电超声检

13、测技术的核心，但压电探头同时存在着必须使用耦合剂以及难激发横波等缺点。射线法主要用于体积型试件探伤，具有较高的灵敏度。射线对合金钢中面状分布的缺陷探伤灵敏度不高，在裂纹检测2时，必须控制射线束与缺陷延伸面之间的角度，且对于大厚度试件其穿透能力有限，应用成本高、效率低。此外，还有电磁检测、渗透检测检测等常规的无损检测。同时，各种无损检测新技术也广泛用于合金钢的检测中。其中，磁粉探伤具有很多优点，如无损、操作简单方便、检测成本低，对铁磁性材料表面及近表面缺陷检测灵敏度高等。但合金钢是一种非铁磁性材料，无法利用常规的电磁检测方法来检测。研究一种新的电磁检测法显得尤为重要。近年来，随着各种技术的研究，

14、一种新的无损检测技术应运而生，即磁法检测技术3。磁法检测技术通过记录地磁场作用下的金属材料表面的漏磁场信息，可对合金钢微观缺陷和应力集中区进行辨别和定位，对判断重要构件缺陷的形状、位置有重大意义7。金属磁记忆检测技术不但可以检测工件中的宏观缺陷,而且还可以检测微细的微观缺陷及局部应力集中区域,为铁磁性材料早期损伤的评估提供了新的研究思路。在机械、电力、航空、航天、铁道等各种应用广泛，深受检测人员的喜爱。我们需要一种新的电磁检测方法对合金钢进行检测，那么就需要对其三维静磁场进行计算、分析与仿真17。本课题正是在这样的研究背景下对合金钢材料进行三维静磁场分析与仿真4，研究一种新的电磁检测技术，即微

15、磁检测技术。课题研究最后，将仿真结果和实验结果进行对比分析，以得出一些有实际意义的结论。这对促进检测技术的发展具有重要的理论意义和实际应用价值。同时，大大提高了合金钢材料的使用价值以及安全因素。1.2 磁法检测技术国内研究现状相对于国外，我国的研究起步较晚，在原理探讨方面，任吉林、周俊华、雷银照等人从理论和实验上分析了磁法检测的机理，从理论上解释了铁磁材料在应力集中处漏磁场切向分量出现最大值、而垂直分量为零的“零值点”现象。但有些人对此存有疑问，如肖述红经过实验，得出了相反结论：漏磁场过零并非一定有应力集中或缺陷，对此，为了弥补零值点理论的不足，张亚梅认为连续小波变换能量法是很好的方法。丁辉、张寒、李晓红等人对裂纹类缺陷的理论模型进行了计算。清华大学李路明等人关于地磁场分布对磁记忆检测影响的研究结果表明，磁场数值对磁记忆信号有很大影响，而对磁记忆场的分布特征没有本质的影响。高春法、黄昌光、刘伟成等研究过Hp(y)和应力之间的关系，得出Hp(y)和应力近似为线性关系。