Идентификация типов и оценка параметров дефектов трубопроводов на основе анализа электромагнитных полей рассеяния

• Автор: Шахомиров, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ДЕФЕКТОСКОПИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

1.1 Современные тенденции неразрушающего контроля

1.2 Идентификация дефектов трубопровода. Постановка задачи диссертации.

2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В ТРУБОПРОВОДАХ

2.1 О методе вторичных источников

2.2 Выбор модели описания полей рассеяния дефектов.

2.3 Квазистационарные электромагнитные поля

2.4 Переменные электромагнитные поля.

3 ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЕТ ПОЛЕЙ РАССЕЯНИЯ.

3.1 Расчет без учета нормировки физических величин.
3.2 Расчет с учетом нормировки физических величин
3.3 Расчет с учетом колебаний толщины стенки трубы.
3.4 Численный расчет с учетом числа расчетных точек
4 МЕТОД ИДЕНТИФИКАЦИИ ТИПОВ И ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ДЕФЕКТОВ.
4.1 Идентификация типов дефектов.
4.2 Оценка параметров дефектов.
5 АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ
5.1 Экспериментальная проверка возможности регистрации полей рассеяния.
5.2 Оценка применимости шаговых электродвигателей и индукционных
датчиков с сердечником для регистрации полей рассеяния дефектов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Рассмотрены основные идеи контактных и бесконтактных методов диагностики и неразрушающего контроля на примере метода ультразвуковой диагностики, метода акустической эмиссии, метод вихретокового контроля, визуальный метод и метод рассеяния электромагнитного потока. Показано, что все приведенные методы почти одинаково хорошо функционируют на объектах разной формы, и свойства трубы, как объекта диагностирования, при этом не учитываются. При возникновении дефектов в материале трубы (каверны, трещины и др. Нарушение этой симметрии приводит к появлению внутри трубы напряженности магнитного поля, так как ток не протекает, например, через трещину в материале трубы, а огибает ее. Структура напряженности магнитного поля внутри трубы зависит от величины дефекта и места его возникновения. Величина этой напряженности линейно зависит от смещения одной окружности по отношению к другой. Однако если дефект материала трубы не нарушает круговой симметрии, например, равномерное уменьшение толщины стенки трубы вследствие процессов коррозии или эрозии по всему сечению, то величина напряженности магнитного поля будет все равно равна нулю. Такие дефекты рассматриваемым методом обнаружить невозможно. Нужны в этом случае прямые методы измерения толщины, например, токовихревые. Другая особенность обнаружения дефектов состоит в том, что при небольшой, по абсолютной величине, напряженности магнитного поля дефекта она выявляется на фоне «нулевого уровня напряженности», что значительно упрощает его локализацию и измерение при использовании соответствующих технических средств (фильтрация помех, применение высокочувствительных малошумящих усилителей). Вторая глава посвящена анализу электромагнитных процессов, происходящих в трубопроводе при пропускании через него электрического тока, и выводу интегральных уравнений, описывающих электромагнитные поля. Дано обоснование выбора метода вторичных источников, как метода решения задачи нахождения распределения магнитного поля в трубопроводе. Показано, что расчет электромагнитных процессов методом вторичных источников в магнитных системах различных классов, и на основании теории потенциала, сводится к решению интегральных уравнений Фредгольма второго рода, которые описывают плотность потенциала простого слоя зарядов, распределенного по поверхности проводника с током (в нашем случае -трубопровода). Интегральные уравнения Фредгольма второго рода являются необходимым инструментом для решения задачи Неймана, то есть для решения задачи о распределении плотности тока на поверхности трубопровода. Выполнен расчет квазистационарных электромагнитных полей на основе теории потенциала и метода вторичных источников. Показано, что магнитное поле вихревых токов может быть определено путем интегрирования плотности тока по поверхности трубопровода. Решена задача расчета переменных электромагнитных полей, с учетом того, что через трубопровод пропускается сторонний ток с плотностью Jc {t) как заданная функция времени. Решение, на основании теории потенциала и метода вторичных источников, представляется в виде суммы потенциала двойного слоя и объемного потенциала. В третьей главе выполнено математическое моделирование полей рассеяния дефектов, нарушающих круговую симметрию трубопровода. В качестве рассматриваемых дефектов выбраны лыска, сквозное отверстие, неплотность материала, сварной шов, треугольная трещина, нарушение концентричности (соосности) наружной и внутренней поверхностей трубы, и, естественно, отсутствие всех этих дефектов. Приведен алгоритм математического моделирования полей рассеяния заданных дефектов трубопровода в среде MathSoft MathCAD 0 li Professional. Работоспособность алгоритма проверена и в среде MathSoft MathCAD Professional []. Возможность работы алгоритма в других версиях данного математического пакета не проверялась. Также приведены результаты работы этого алгоритма в виде изображений полей рассеяния при двумерной постановке задачи моделирования, то есть при условии, что дефект имеет конечные размеры, сам трубопровод имеет бесконечную протяженность, и задача решается в среднем сечении дефекта в предположении, что плотность тока по поперечному сечению постоянна.