基于磁记忆的金属管道损伤检测及评估方法研究

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1、硕士学位论文基于磁记忆的金属管道损伤检测及评估方法研究DAMAGETESTINGOFTHEMETALPIPELINEBASEDONMETALMAGNETICMEMORYANDRESEARCHONEVALUATIONMETHED（工程硕士）焦江娜哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TH878学校代码：10213国际图书分类号：622密级：公开工程硕士学位论文基于磁记忆的金属管道损伤检测及评估方法研究（工程硕士）硕士研究生：焦江娜导师：王武义教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩

2、日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH878U.D.C:622DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDAMAGETESTINGOFTHEMETALPIPELINEBASEDONMETALMAGNETICMEMORYANDRESEARCHONEVALUATIONMETHED（MasterofEngieering）Candidate：JiaoJiangnaSupervisor：Prof.WangWuyiAcademic

3、DegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要铁磁性管道是我国能源运输的主要工具，但管道的腐蚀、穿孔、断裂等情况时有发生，造成极大的安全问题。

4、定期对管道进行安全评估，是预防突发性事故的主要手段。然而，传统的超声波和漏磁检测等技术或者对构件表面粗糙要求较高，或者需要额外的充磁设备，无法满足新形势的新需求。因此，金属磁记忆无损检测技术凭借其简易性、非接触性和预知性而得以推广应用。本论文基于磁记忆检测技术进行了以下几方面研究：首先，分析铁磁性材料在弹塑性形变和断裂状态下的磁特性。弹性阶段引入Jiles-Atherton（J-A）模型，反映有磁致伸缩性质变化的有效场随应力的变化规律；在塑性阶段利用基于位错理论的修正的J-A模型，考虑引起磁化变化的四个因素

5、：位错增值、磁塑性能、残余应力能和退磁能，建立塑性变形有效场模型，推导出钉扎系数和磁畴耦合系数对塑性应变的影响；在断裂阶段，材料发生有正负峰值的磁化突变现象，借助三维磁偶极子模型模拟磁化突变现象。其次，以Q235铁磁性管道为研究对象，建立三维实体模型并用有限元方法分析其磁化特征，研究弹性阶段、塑性阶段和断裂阶段的磁信号变化规律，得到断裂阶段的磁化突变远大于弹塑性阶段的结论；基于不同变形阶段磁信号特征，进一步研究断裂阶段时，缺陷形状、缺陷直径、提离高度和缺陷方位等因素对磁信号的影响规律，发现缺陷形状和直径主要

6、通过漏磁面积的改变影响磁信号大小，随着漏磁面积的增大，突变信号增强，而提离高度和缺陷方位则主要受辐射距离和角度的影响，远离辐射源，磁信号变弱；并探索相应的磁信号评估参数，建立缺陷特征和磁信号特征的定量关系。再次，研制磁记忆检测设备探头模块，主机模块和屏蔽装置模块。对地面石油管道进行测量实验，提出采用改进的小波自适应阈值降噪法对磁信号进行降噪处理，再通过BP神经网络训练样本模型，并建立matlab图形用户界面，最终得到金属磁记忆定量化评估系统，实现对管道缺陷个数、缺陷埋深、缺陷类型等的智能评估功能。关键词：磁

7、记忆；有限元仿真；设备检测；小波降噪；神经网络评估-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThepipelineisamaintooloftransportationforourcountry’senergy.Butthecorrosion,perforation,fractureofpipelinecauseagreatdealofsecurityproblems.Itisataskoftopprioritytotakesafetyassessmentonaregularbasisforund

8、ergroundpipelineandtopreventaccidenthappen.However,Thetraditionalnon-destructivetesting(NDT)requestthepipelineeithersmoothsurfaceorthemagnetizationdevice,suchasultrasonictestingandmagneticfluxleakage(MFL)test