Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной дефектоскопии оборудования атомной энергетики

• Автор: Лунин, Валерий Павлович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 301 с. : ил. + Прил. (68 с.: ил.)

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ПРЯМЫХ И ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ

1.1 ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ АЭС

1.2 ОБЗОР ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ И ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
1.3 ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ

1.3.1 Феноменологические методы инверсии

1.3.2 Алгоритмические методы инверсии

1.4 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ НЕЙРОСЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РЕШЕНИЯ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ

1.5 ВЫВОДЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. ПРОЦЕДУРА КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ

2.1 ВЫВОД ФОРМУЛ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ФУНКЦИОНАЛА
2.1.1 Основные уравнения задачи гармонического поля
2.1.2 Вывод выражений для конечно-элементной матрицы
2.2 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ МЕТОДОМ ГАЛЕРКИНА
2.2.1 Исходное уравнение для задачи электромагнитного контроля с учетом движения датчика
2.2.2 Аппроксимирующие и весовые функции
2.3. ЧИСЛЕННЫЕ РАСЧЕТЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАЧ
2.3.1 Задача контроля ферромагнитных труб большого диаметра
2.3.2 Тестовая задача с катушкой над пластиной с отверстием
2.4 КРАТКИЕ ВЫВОДЫ
3. ДВУХШАГОВЫИ АЛГОРИТМ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ
ЗЛ СХЕМА ДВУХШАГОВОГО АЛГОРИТМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ
3.2. УПРОЩЕННАЯ СХЕМА ВЫЧИСЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ПОЛЕЙ ВЛИЯНИЯ ДЕФЕКТА
3.3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ВЫДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ ВЛИЯНИЯ ДЕФЕКТА ДЛЯ УТОЧНЕНИЯ РЕШЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ЗАДАЧИ
3.4 КРАТКИЕ ВЫВОДЫ
4. ДВУХШАГОВЫЙ АЛГОРИТМ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИДА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
4.1 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОЕМКОСШОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ
4.2 ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНОГО МЕТОДА 13
4.3 ДВУХШАГОВЫЙ АЛГОРИТМ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОПОТЕНЦИАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ■
4.3.1 Математическая модель электропотенциального контроля
4.3.2 Особенности построения конечно-элементных сеток
4.4 КРАТКИЕ ВЫВОДЫ
5. ДВУХШАГОВЫЙ АЛГОРИТМ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ
5.1 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВИХРЕТОКОВОЙ ЗАДАЧИ
5.2 ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ
5.3 КРАТКИЕ ВЫВОДЫ
6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ МНОГОЧАСТОТНОГО ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ
6.1 РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕДУРЫ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ ПАРОГЕНЕРАТОРНЫХ ТРУБ

6.1.1 Исследование влияния геометрических параметров дефектов на выходные сигналы преобразователя
6.1.2 Исследование влияния основных мешающих факторов при вихретоковом контроле теплообменной.трубки
6.2 ФОРМИРОВАНИЕ БАНКА СИГНАЛОВ ОТ ШИРОКОГО СПЕКТРА ДЕФЕКТОВ
6.3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОТСТРОЙКИ ОТ ВЛИЯНИЯ МЕШАЮЩИХ ФАКТОРОВ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ
6.3.1 Алгоритмы подавления случайных сбоев и шума в измерительном тракте
6.3.2 Усовершенствованный алгоритм компенсации влияния мешающих факторов
6.3.3 Алгоритм автоматического обнаружения дефектов '
6.4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕЙРОСЕТЕВОГО КЛАССИФИКАТОРА ДЕФЕКТОВ ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ
6.4.1Выбор и обоснование архитектуры нейросетевого комплексаОб
6.4.2 Настройка и тестирование локальных ИНС
6.5 КРАТКИЕ ВЫВОДЫ
7. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ И ПАРАМЕТРИЗАЦИИ ДЕФЕКТОВ ТРУБ ПО ВИХРЕТОКОВЫМ ДАННЫМ КОНТРОЛЯ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ ВВЭР
7.1 СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ
7.2 ИСПЫТАНИЕ ПРОГРАММЫ НА ВЕРИФИЦИРОВАННЫХ ДАННЫХ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ
7.3 ПРИЕМОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПРОГРАММЫ НА ВЫЯВЛЕНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ДЕФЕКТОВ ТОТ
7.4 ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ РАЗРАБОТАННОГО

ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
7.5 КРАТКИЕ ВЫВОДЫ

уравнений с разреженными матрицами, специальные способы формирования, хранения и решения которых хорошо изучены [98].
В настоящее время МКЭ является одним из наиболее мощных инструментов математического моделирования трехмерных стационарных электрических, магнитных и нестационарных электромагнитных полей. Преимущества МКЭ, главным из которых является возможность очень точного описания геометрии сложных объектов при использовании для дискретизации расчетной области сеток с элементами удобной формы, существенно расширяют круг важнейших практических задач, доступных для численного решения.
Основные направления исследований, связанных с развитием МКЭ при использовании его для решения трехмерных задач прикладной электротехники, в частности, задач электромагнитного контроля, могут быть сформулированы следующим образом:
• создание эффективных алгоритмов генерации трехмерных сеток;
• поиск различных путей повышения точности конечно-элементной аппроксимации и минимизации вычислительных затрат на решение системы конечно-элементных уравнений;
• разработка вариационных постановок, позволяющих наилучшим образом учитывать все основные особенности решения задачи.
В проблеме построения конечно-элементных сеток в качестве наиболее важных есть два аспекта: правильное описание сложной трехмерной геометрии и построение сеток, оптимальных с точки зрения минимизации ошибок аппроксимации при ограниченном числе узлов, в том числе адаптивных сеток. Значительный интерес к проблеме построения сеток объясняется тем, что при решении любой практической задачи МКЭ исследователь тем или иным образом вынужден разбивать расчетную область на большое число отдельных элементов определенного вида. От того, насколько эффективно ему удастся это сделать, часто зависит сама возможность решения с нужной точностью