导电板上方涡流检测探头阻抗的快速计算与仿真.pdf

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1、试验研究现代制造工程(ModernManufacturingEngineerlng)2012年第5期导电板上方涡流检测探头阻抗的快速计算与仿真’张思全1，胡盛辩，陆文华2(I上海海事大学物流工程学院。上海200135；2上海工程技术大学航空运输学院，上海201620)摘要：采用一种基于Maxwell方程组、矢量磁位和空问解域截取的级数展开快速计算方法，导出级数形式的导电板上方通电线圈阻抗变化表达式；通过设定适当的解域截取半径和级数求和项数，可以在保证计算精度的同时提高计算速度。在多种线圈激励频率下，分别采用级数展开法与有限元仿真法，对线圈的阻抗变化进

2、行了计算，两种方法的计算结果非常吻合，相互验证了两种涡流检溯计算模型的正确性。关键词：导电板；涡流检测；线圈阻抗；廨析计算；有限元仿真中图分类号：TGll5．28文献标志码：A文章编号：1671--313312012)05—_0008—05ThefastcalculationandsimulationfortheimpedanceofcoilaboveconductiveplateZhangSiquanl，HuShengbin2，LuWenhua2(1SchoolofLogisticsEngineering．ShanghaiMaritimeUnive

3、rsity，Shanghai200135，China；2CollegeofAviationTransportation，ShanghaiUniversityofEngineeringScience，Shanghai201620，China)Abstract：AfastcalculationmethodbasedontheMaxwellequations，themagneticvectorpotentialandtruncatedmooneigen-functionexpansionⅥa8proposed．theexpreo∞ionfortheimpe

4、dancechangeofthecoilaboveaconductiveplatewasderivedintheformofseriesform．Whenouterboundaryle,19thandthenuⅡlberofsummationtermsareselectedproperly．thecomputationtimeCallbereducedconsiderablyandatthesⅢnetimepreservethecomputationalaccuracy．Atdifferentfrequencies．theimpedancechang

5、eofthecoilWesealcuhtedwithseriesexpansionapproachandfiniteelementmethodrespectively，theresults艇即耐verywellandconfirmedthesuitabilityoftheproposededdycurrenttestingcalculationmodels．Keywords：conductiveplate；eddycurrenttesfing；emlimpedance；analyticalcalculation；finiteelementsimula

6、tion0引言在石油、化工及航空等领域，许多关键设备和部件由导电材料制成，对其表面、内部缺陷的检测是结构完整性评价的一个重要方面。电涡流检测技术利用材料中缺陷、涡电流与探头线圈激励电磁场之间相互作用引起线圈阻抗变化的原理来检测缺陷，并具有不需耦合剂、对导电结构表面缺陷灵敏度高等优势¨⋯。如何快速、精确求解探头线圈阻抗是涡流检测的重要问题。Luquire等人在Dodd和Deeds模型的基础上p】，研究了线圈置于任意层导电结构中间时的阻抗变化模型H1；雷银照研究了半无限大导体上方覆盖一定厚度金属涂层构成的两层平板导电结构的轴对称涡流解析解M1；还有学者研

7、究了线圈阻抗与多层导电结构厚度变化之间的关系o“；还有人探讨了在涡流探头阻抗计算中减小计算量、提高计算速度的方法悼1。但由于采用径向无限大导体，所得解为积分形式，存在计算困难、时间花费大的问题。近年来有学者提出了解域截取的级数展开线圈阻抗计算方法，具有计算简单、快速的优点一J。本文在前人研究的基础上，推导出导电结构上方均匀密绕矩形截面圆柱涡流检测探头线圈的阻抗变化解析计算表达式。同时采用有限元方法进行了仿真分析，并对两种方法的计算结果进行了对比，探讨了解析计算与有限元仿真两种涡流检测研究方法各自的优缺点。·国家自然科学基金项目(51175321)；上

8、海市教委科研创新项目(12YZl54)；上海工程技术大学科研启动项目(A050009254)87张思全，等：