铁磁材料电磁超声检测数值模拟方法及应用研究-硕士毕业论文.doc

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1、硕士学位论文铁磁材料电磁超声检测数值模拟方法及应用研究申请人：学科专业：力学指导教师：年月摘要论文题目：铁磁材料电磁超声检测数值模拟方法及应用研究学科专业：力学申请人：指导教师：摘要电磁超声无损检测技术由于无需耦合剂、检测速度快及可以灵活产生各种波形等优点而被应用于众多领域。电磁超声将传统超声检测技术的应用扩展到高温、高速和在线检测等领域。然而由于电磁超声换能器(EMATElectromagneticAcousticTransducer)的电声转换效率低及本身的复杂性，限制了其在实际工程中的广泛应用。目前，对磁性材料电磁超声无损

2、检测的研究主要采用实验方法。由于数值模拟不仅有助于更好理解电磁超声无损检测的机理及特性，而且可为探头的优化设计和缺陷的定量分析提供手段，开发有效的磁性材料电磁超声数值模拟程序很有必要。针对以上背景，本论文主要研究铁磁性材料电磁超声无损检测技术相关的数值模拟方法、程序和应用。主要研究内容包括：首先基于电磁场理论和波动方程建立铁磁材料电磁超声无损检测的数值计算方法，并开发相应的数值模拟程序；其次搭建电磁超声实验系统并进行实验，通过与实验结果比较验证数值模拟程序；最后，研究了EMAT对钢板减薄检测的有效性。具体内容包括：（1）以麦克斯

3、韦方程为理论基础，基于等效磁极化法建立了铁磁材料内部磁场强度和磁导率分布的数值计算方法，并开发了相应的数值模拟程序。采用该数值模拟程序分别计算了EMAT中两种常见永久磁体作用下的强磁性材料内部磁场及相对磁导率分布。（2）外加非均匀偏置磁场作用下，铁磁材料内部的磁导率随位置的变化而不同。基于已有的Ar法瞬态涡流场计算程序，建立了分布磁导率条件下的铁磁材料内部涡流分布的数值计算程序，并研究了相对磁导率对涡流分布的影响。（3）对于铁磁材料而言，由于外加静态偏置磁场和涡流场的相互作用，铁磁材料表现出与非磁性材料不同的性质，即存在磁化效应

4、和磁致伸缩效应。对于铁磁材料电磁超声无损检测数值模拟，本研究不仅考虑了洛伦兹力，而且还考虑了磁化体力和磁致伸缩体力的影响。具体推导了磁化体力和磁致伸缩体力的计算公式，并开发了相应的数值计算程序。（4）建立了基于有限元理论，考虑洛伦兹力、磁化体力和磁致伸缩体力的电磁超声超声场数值模拟方法和程序。最后通过与实验结果进行比较验证了数值模拟程序的正确性。I摘要（5）搭建了电磁超声实验系统，并进行相关的实验研究，将电磁超声无损检测技术应用于铁磁材料检测中。针对碳素钢板减薄问题，采用横波垂直入射的模型，研究电磁超声技术对不同减薄厚度的检测能

5、力。关键词：电磁超声；无损检测；有限元法；数值模拟；铁磁材料论文类型：应用基础﹡本研究得到国家磁约束聚变项目（GB113005），国家自然科学基金（51277139,11021202)及国家973项目（2011CB610303）资助IABSTRACTTitle:DevelopmentandApplicationofNumericalSimulationMethodforEMATofFerromagneticMaterialsSpecialty:MechanicsApplicant:HaiqiangZhouSupervisor:P

6、rof.ZhenmaoChenABSTRACTDuetofeaturesofnophysicalcontactbetweentransducerandtest-piece,fastdetectionspeed,andvariouswavepatterns,theElectromagneticAcousticTestingwasappliedinmanyindustrialfields.Itcannotonlyimprovetheinspectionefficiencybutalsocanextendtheapplicationa

7、reaofUTtothefieldsofhightemperature,highspeedandon-lineinspection.However,duetothecomplicityofElectromagneticAcousticTransducer(EMAT)anditslowenergytransitionefficiency,therearestillseveralproblemsforitsbroadapplicationinengineering.Atpresent,studiesontheEMATaremainl

8、ybymeansofexperimentforferromagneticmaterial.Asthenumericalsimulationtechniquecannotonlyhelptohaveabetterunderstandonthemechanisman