[发明专利]含局部减薄缺陷的选频带涡流无损检测解析计算方法

说明书

本发明公开了一种含局部减薄缺陷的选频带涡流无损检测解析计算方法，包括以下步骤：S1、将缺陷检测模型划分为6个求解区域；S2、对1‑5区五个水平方向区域进行求解，然后通过叠加原理得到1‑2区的磁矢量势和磁感应强度；S3、对选频带涡流无损检测激励信号进行傅里叶分析，得到频域激励信号的频率成分，计算不同频率成分下的圆柱形线圈所在区域1‑2的磁矢量势级数形式的解析解，通过线性叠加获取选频带涡流无损检测激励信号的磁矢量势级数形式的解析解。本发明可以获得含局部减薄缺陷的选频带涡流无损检测系统在区域1‑2的磁矢量势的级数形式解析解，可以大幅提高含局部减薄缺陷的选频带涡流无损检测系统的电磁场计算的求解效率。

技术领域

本发明属于金属构件表面缺陷检测技术领域，特别涉及一种含局部减薄缺陷的选频带涡流无损检测解析计算方法。

背景技术

在金属试件的缺陷检测领域，选频带涡流无损检测方法相对于传统的涡流检测方法含有更丰富的频率成分，相对于脉冲涡流检测方法而言可以更好地利用磁场的能量。因此探究选频带电磁场信号同激励信号和缺陷信息之间关系，即选频带涡流无损检测的正向问题的研究是认识和使用选频带涡流无损检测技术对金属构件中的缺陷进行定量检测的基础，对实际工程中检测仪器开发具有理论指导意义。

目前涡流缺陷检测正向问题研究有三种方法：解析法、数值仿真法和实验法。对于选频带涡流无损检测法在缺陷识别的研究中，大多采用数值仿真法和实验法，其中实验法对环境和仪器要求高且只能得出空间某一点的电磁场信号。

针对被测体中含缺陷的选频带涡流无损检测问题，现有方法采用数值仿真技术，根据检测激励信号和模型材料及其几何尺寸等求电磁场磁矢量势。其技术方案是采用有限元法将原模型求解域划分成为有限个单元，单元之间以节点为连接点，假设单元间的相互作用只能通过节点传递。这样就将原来具有无限自由度的连续变量微分方程和边界条件转化为只包含有限个节点变量的代数方程组，以利用ANSYS、COMSOL等商业数值计算软件求解出数值解。

目前现有的利用商业数值计算软件对涡流缺陷检测中电磁场物理量计算主要存在以下几个缺点：

(1)有限元仿真获得的数值解无法得知模型材料、缺陷尺寸同电磁场信号的显式联系；

(2)有限元仿真过程中对模型划分网格时，对模型做了离散化处理，导致求解结果存在计算误差；

(3)利用有限元仿真软件进行仿真时，由于计算量很大，对计算机配置要求很高，而且计算时间很长，计算效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以获得含局部减薄缺陷的选频带涡流无损检测系统在区域1-2的磁矢量势的级数形式解析解，可以大幅提高含局部减薄缺陷的选频带涡流无损检测系统的电磁场计算的求解效率的含局部减薄缺陷的选频带涡流无损检测解析计算方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：含局部减薄缺陷的选频带涡流无损检测解析计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将缺陷检测模型划分为6个求解区域，其中无缺陷区域包括1区、2区、4区和5区，1区、2区和5区为空气域，1-2区域为矩形截面圆柱形线圈所在区域，4区为导体域；缺陷区域为3区，3区既包含导体域又包含空气域；

S2、采用圆柱形缺陷模型计算方法对1-5区五个水平方向区域进行求解，得到各区域对应的磁矢量势，然后通过叠加原理，得到1-2区的磁矢量势和磁感应强度；

S3、对选频带涡流无损检测激励信号进行傅里叶分析，得到频域激励信号的频率成分，计算不同频率成分下的圆柱形线圈所在区域1-2的磁矢量势级数形式的解析解，并通过线性叠加获取选频带涡流无损检测激励信号的磁矢量势级数形式的解析解。