磁法檢測合金鋼有限元分析-開題報告

XX大學畢業(yè)設計（論文）開題報告題目磁法檢測合金鋼有限元分析 專 業(yè) 名 稱 測控技術與儀器 班 級 學 號 學 生 姓 名 指 導 教 師 填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日1、 選題的依據及意義鋼及鋁合金在航天、航空、交通運輸等眾多領域被大量采用，為保證其應用安全，相應的質量控制需求越發(fā)突出。盡管鋁合金材料無損檢測技術已有廣泛研究，如超聲、射線和渦流檢測技術等，但這些方法都存在諸多問題，不能很好地滿足鋁合金材料的檢測。地磁場磁法檢測速度快、非接觸、單向檢測，適合于任何金屬和非金屬材料，利用ANSYS軟件建立磁法檢測合金鋼模型，檢驗仿真方法的正確性，分析不同缺陷尺寸對仿真結果的影響，為磁法檢測合金鋼的機理提供參考依據。有限元法又作為一種強有力的工程分析方法被廣泛地應用于各種研究領域,因此,有限元分析已成為計算機輔助設計的一個重要組成部分。目前,國際上己有一些非常著名的有限元軟件,如ASKA、ANSYS、NASTRAN等，其中ANSYS軟件是融結構、熱、流體、電磁、聲學于一體的大型通用有限元分析軟件。ANSYS軟件為解決復雜的工程項目提供了一個良好的工作環(huán)境，更使人們從繁瑣、單調的常規(guī)有限元編程中解脫出來，非常適合快速、有效地分析某些電力設備的電磁場。二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）磁法檢測技術以其檢測速度快、操作簡便等優(yōu)點在鐵磁材料檢測領域得到了廣泛的應用，但目前的研究成果大部分局限于對材料缺陷的定位和定量，在缺陷的定性方面卻分析較少。國外在對磁法主動性檢測中的漏磁檢測研究較早，至今已有 80 余年的發(fā)展歷史：上個世紀 30 年代初，Zuschlag 等人首次通過在磁化鋼體上涂撒磁粉，從而顯示缺陷處產生的漏磁變化來檢測缺陷，但該方法一直未被采用；五十年代中期，德國 Forster 博士把漏磁檢測技術引入到工業(yè)生產之中；1975 年，Hwang 和 Lord 首次運用有限元分析的方法，以電磁學中的麥克斯韋方程組作為理論基礎，分析計算了漏磁場的各項參數，列出任意點的磁勢方程，從而把材料缺陷處的漏磁場與磁導率的幅度值聯(lián)系起來，最后求出漏磁場的分布。1986 年，Edward 和 Palmer 通過分析計算無限長板體的表面裂紋模型，驗證了Hwang 和 Lord 的有限元分析方法的正確性。 在國內的磁法主動性檢測方面：1980 年，張濟世等人使用有限元方法對鋼體表面裂紋漏出的磁異常進行了計算，并建立了漏磁信號模型；1985 年，于輪元等人也同樣使用有限元方法對鋼體近表面和表面的典型缺陷漏磁場進行了計算，并針對缺陷本身的參數、形狀等對漏磁場的影響進行了研究。到目前為止，國內很多學者已從不同角度解釋了磁記憶效應的產生機理，較為常見的是：電磁感應學說，這是從電磁學角度出發(fā)研究的，鐵磁性材料某些部位在一定方向的應力作用下可能發(fā)生應變，在其垂直于地磁場方向的橫截面積上通過的磁通量也會發(fā)生相應變化，由電磁感應定律可知，該截面上產生的感應電流激勵出感應磁場，使得被檢材料重新磁化；還有一種能量平衡說的闡述比較常見，這種學說是以鐵磁學為基本理論的，在地磁場環(huán)境中給不均勻的鐵磁性材料的組織結構施加應力，不均勻處出現的滑移運動便可能會引起位錯的增殖，引起高度的應力能量增加，又由能量平衡學說和鐵磁學可分析，材料內部磁疇的疇壁因為能量的改變發(fā)生了不可逆的重新取向排列，即使動態(tài)載荷或應力消除后，磁疇組織也會保留下之前的重新排列，并以漏磁場磁異常的形式分布，而且表現為法向分量過零值點且符號發(fā)生改變，并且磁場的切向分量為最大值。 三、研究內容及實驗方案1、 研究內容地磁場磁法檢測速度快、非接觸、單向檢測，適合于任何金屬和非金屬材料，ANSYS有限元分析軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件，為解決復雜的工程項目提供了一個良好的工作環(huán)境，更使人們從常規(guī)的有限元編程中解脫出來，非常適合快速、有效地分析某些電力設備的電磁場。 2、試驗方案利用ANSYS軟件建立磁法檢測合金鋼模型，檢驗仿真方法的正確性，分析不同缺陷尺寸對仿真結果的影響，為磁法檢測合金鋼的機理提供參考依據。 2.1、試驗設備磁法檢測儀、ANSYS有限元分析軟件2.2、試驗制備ANSYS有限元分析軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS公司開發(fā),它能與多數CAD軟件接口,是一個功能強大、使用方便的有限元分析軟件。該軟件主要包括三個部分:前處理模塊、分析計算模塊和后處理模塊。利用ANSYS軟件建立磁法檢測合金鋼模型，檢驗仿真方法的正確性，分析不同缺陷尺寸對仿真結果的影響，為磁法檢測合金鋼的機理提供參考依據。2.3、試驗方法ANSYS軟件包括7個菜單窗口：實用菜單、主菜單、輸入窗口、圖形窗口、輸出窗口、工具杠、對話框。ANSYS軟件的功能主要由ANSYS的處理器來完成,ANSYS的處理器主要包括前處理器、求解器和兩個后處理器及幾個輔助處理器。在ANSYS的前處理器中主要完成的功能是生成有限元模型,設定元素屬性和指定材料特性值,其中生成有限元模型可以通過實體建模的方法、直接建模的方法或者從CAD系統(tǒng)中傳入實體模型。ANSYS求解器用于設定有限元模型的邊界條件和施加載荷,然后進行求解運算,這是有限元分析的主要部分。ANSYS后處理器的主要功能是讀取并以選定的方式輸出分析結果,對分析結果進行誤差分析,然后進行其它的相關運算。 確定ANSYS的坐標系和單位制 建立模型 選擇單元類型 材料特性的定義 劃分網格 施加邊界條件和載荷 求解 圖1.ANSYS分析的基本步驟圖四、目標、主要特色及工作進度 4.1、目標利用ANSYS軟件建立磁法檢測合金鋼模型，檢驗仿真方法的正確性，分析不同缺陷尺寸對仿真結果的影響，為磁法檢測合金鋼的機理提供參考依據。采用有限元分析法對合金鋼磁法檢測的理論進行研究，通過有限元分析可以對各種情況下合金鋼的模型進行仿真，掌握有限元分析軟件ANSYS分析合金鋼漏磁場的過程。 4.2、主要特色地磁場磁法檢測速度快、非接觸、單向檢測，適合于任何金屬和非金屬材料；ANSYS軟件為解決復雜的工程項目提供了一個良好的工作環(huán)境，更使人們從繁瑣、單調的常規(guī)有限元編程中解脫出來，非常適合快速、有效地分析某些電力設備的電磁場。 4.3、工作進度1、資料收集，英文翻譯，開題報告撰寫 3月9日-4月10日2、熟悉地磁場磁法檢測原理和特點 4月11日-4月17日3、掌握地磁場磁法檢測合金鋼有限元分析方法 4月18日-4月24日4、有限元分析、信號處理 4月25日-5月22日5、分析方法改進 5月23日-5月29日6、論文撰寫與答辯 5月30日-6月26日五、參考文獻1張紅松. ANSYS 14.0電磁學有限元分析M. 北京：機械工業(yè)出版社，2013.2余婷. 利用地磁場檢測鋼球表面裂紋的可行性研究J. 無損檢測，2001,23 (8):330-333.3鞠偉. 磁法檢測成像技術研究D.南昌: 南昌航空大學，2011.4徐凌華. 基于有限單元法的二維/三維大地電磁正演模擬策略J. 物探化探計算技術, 2009, 31(5):421425.5曲利巖.電磁場有限元分析技術的研究和實現D.浙江：浙江大學，2002.6于潤橋.鐵磁性材料磁法檢測缺陷的2維成像J.南昌航空大學無損檢測技術教育部重點實驗室，2012，36(2):13.7李慧琴.鐵磁材料磁檢測方法中定量檢測的研究與實現研究D.寧波寧港永磁材料有限公司，2013.8楊林.基于的漏磁檢測有限元分析系統(tǒng)D.湖北：湖北工業(yè)大學機械工程學院，湖北省現代制造質量工程重點實驗室，2012.9李偉.基于脈沖漏磁原理的鋼板裂紋缺陷檢測有限元分析J.無損檢測科技成果與學術交流，2013，35(7):17.10申慶微.基于有限元法的管道漏磁檢測方法研究D.山東科技大學，2009.11周奇.基于有限元分析的螺紋漏磁檢測方法研究D.華中科技大學，2006.12左建勇.漏磁法測量鋼板厚度的有限元分析D.上海交通大學電子信息學院, 精密工程及智能微系統(tǒng)研究所,2003.13 穆新華,游忠慶,蔣忠瑋.計算三維靜磁場的波陣有限元技術J.電工技術學報.1989,12(02):13-19.14 劉衛(wèi)國,李忠明,李生晉.稀土永磁直流電動機三維靜磁場分析J.微電機.1992,25(01):15-1815 李運乾,樊明武.用基于等參單元的雙標量位法來計算三維靜磁場J.哈爾濱電工學院學報.1993,16(03):228-234.16 姚陶生.ANSYS有限元分析軟件在機車主發(fā)電機電磁場分析中的應用J.內燃機車.1999,300(02):2-6.17 胡晶晶,李娟.ANSYS有限元分析在電磁學仿真實驗中的應用J.常州工學院學報.2013,26(01):23-27.18 周國華,肖昌漢,劉勝道,高俊吉.基于六面體單元表面磁場積分法求解三維靜磁場J.電工技術學報.2009,24(03):3-7.19 陳齊一,林金銘.邊界元和有限元方法的結合及其在永磁電機三維非線性靜磁場計算中的應用J.大機電技術.1985,63(06):25-28.20 A. Dubov. Principle features of metal magnetic memory method a