[發明專利]一種周向非對稱缺陷的渦流檢測磁場的半解析計算方法

有效

• 申請號: 201810436683.3
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108629127B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 于亞婷;高寬厚;李翰超;劉博文;成家樂
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F30/33
• 分類號: G06F30/33
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開一種周向非對稱缺陷的渦流檢測磁場的半解析計算方法，應用于缺陷檢測領域，本發明通過對周向非對稱缺陷進行豎直方向的求解區域劃分，在對每一豎直方向求解區域進行水平方向劃分為五區域，根據圓柱形缺陷模型計算方法得到每一豎直方向求解區域對應的磁場信號，從而得到周向非對稱模型的磁場信號的經驗公式。

技術領域

本發明屬于缺陷檢測領域，特別涉及一種采用半解析的方式求解渦流缺陷檢測信號技術。

背景技術

在金屬試件的缺陷檢測領域，渦流無損檢測方法相對于其他檢測方法具有檢測精度高，造價低廉，無需耦合劑，對人體和環境安全綠色等諸多優勢。而探究電磁場信號同激勵源信號和缺陷信息之間關系，即渦流無損檢測的正向問題的研究是渦流缺陷識別的基礎，對實際工程中檢測儀器開發具有理論指導意義。

目前渦流缺陷檢測正向問題研究有三種方法：解析法、數值仿真法和實驗法。在缺陷識別研究中，目前大多采用數值仿真法和實驗法，其中實驗法對環境和儀器要求高且只能得出空間某一點的電磁場信號；數值仿真法對計算機配置要求高且運算時間長。而解析或半解析的方法具有結果精確、運算耗時少等特點。

解析法根據麥克斯韋方程組，建立以磁矢量勢為求解目標的偏微分方程，轉化至拉氏域后添加磁場邊界條件，求解出磁矢量勢的函數解析表達式，再進行拉普拉斯逆變換可以得出時域下的電磁場信號。

半解析法是解析解法的基礎上采用經驗公式計算解析法無法求解的復雜模型。對于周向非對稱的渦流檢測模型，由于模型的結構復雜導致邊界條件難以進行準確的數學表達，可在簡單結構的解析模型的結果上構造經驗公式，采用半解析的方式求解周向非對稱結構等復雜渦流檢測模型電磁無損檢測特征信號。

基于此，本發明提出一種含周向非對稱形缺陷的渦流檢測磁場的半解析計算方法。

針對被測體中含缺陷的渦流檢測問題，現有方法采用數值仿真技術，根據檢測激勵信號和模型材料及其幾何尺寸等求電磁場磁矢量勢。其技術方案是采用有限元法將原模型求解域劃分成為有限個單元，單元之間以節點為連接點，假設單元間的相互作用只能通過節點傳遞。這樣就將原來具有無限自由度的連續變量微分方程和邊界條件轉化為只包含有限個節點變量的代數方程組，以利用ANSYS、COMSOL等商業數值計算軟件求解出數值解。

目前現有的利用商業數值計算軟件對渦流缺陷檢測中電磁場物理量計算主要存在以下幾個缺點：

(1)有限元仿真獲得的數值解無法得知模型材料、缺陷尺寸同電磁場信號的顯式聯系；

(2)有限元仿真過程中對模型劃分網格時，對模型做了離散化處理，導致求解結果存在計算誤差；

(3)利用有限元仿真軟件進行仿真時，由于計算量很大，對計算機配置要求很高，而且計算時間很長，計算效率低。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種周向非對稱缺陷的渦流檢測磁場的半解析計算方法，通過數學物理方法得出周向非對稱缺陷模型的檢測信號經驗公式表達式；運算量大幅減少，可大幅提高計算效率。

本發明采用的技術方案為：一種周向非對稱缺陷的渦流檢測磁場的半解析計算方法，包括：

首先，將周向非對稱缺陷沿豎直方向劃分，得到若干豎直方向的求解區域邊界面，每一豎直方向求解區域邊界面到缺陷中心的距離作為該豎直方向求解區域的缺陷半徑，將各豎直方向求解區域沿水平方向劃分為五個水平方向求解區域；

然后，采用圓柱形缺陷模型計算方法對每個豎直方向求解區域劃分出的五個水平方向求解區域進行求解，得到每個豎直方向求解區域各自對應的磁矢量勢；根據每個豎直方向求解區域的磁矢量勢計算各自對應的磁場信號；

最后，將各個豎直方向求解區域對應的磁場信號組成一組磁場信號序列，根據這組磁場信號序列得到表示周向非對稱模型的磁場信號的經驗公式。