毕业设计报告-磁致伸缩导波检测传感器有限元仿真研究

1、毕业设计（论文）题 目：磁致伸缩导波检测传感器有限元仿真研究 学 院： 测试与光电工程学院专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二O一五 年 六月 毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：磁致伸缩导检测传感器有限元仿真研究II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：1、原始资料：电脑；有限元仿真软件 2、毕设要求： (1)了解仿真软件的使用方法； (2)根据磁致伸缩导波传感器原理建立仿真模型； (3)利用有限元分析方法进行仿真研究； (4)数据分析与处理。III、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：1.查阅有限元仿真检测的相关资料并撰写开题报告； 03.0904.102.学习有限元仿真软件的使用方法 04.1104.153.设定磁致伸缩导波传感器仿真模型； 04.1604.304.利用有限元分析方法进行仿真研究； 05.0405.155.数据分析及处理； 05.1605.316.总结并撰写论文，答辩。 06.0106.26 、主 要参考资料：1 Rose. J L. 何存富，吴斌，王秀彦译.固体中的超声波M.北京：科学出版社，2004

2、2谭建国使用 ANSYS进行有限元分析M北京：北京大学出版社，20023王国强.实用工程数值模拟技术及其在 ANSYS 上的实践M西安：西北工业大学出版社，20004 Kwun H, Holt A E. Feasibility of under-lagging corrosion detection in steel pipe using themagnetostrictive sensor technique J. NDT & E International, 1995, 28(4):211-214. 测试与光电工程 学院 测控技术与仪器 专业类 110813 班学生（签名）： 冯浩日期： 自 2015年 3 月 9 日至 2015 年 6 月 26日指导教师（签名）： 助理指导教师(并指出所负责的部分)：测控技术与仪器 系（室）主任（签名）：学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个

3、人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期：导师签名： 日期：磁致伸缩导波检测传感器有限元仿真研究摘要：导波在检测管道时无需耦合剂，也不需要与管道相接触接触。用导波检测管材既能节省时间，又能提高检测效率。因此，了解超声导波的特性是使其进入应用行列的关键所在。本文主要对超声磁致伸缩导波进行建模，并根据仿真结果进行分析。永磁铁提供的磁场将管道进行磁化，从而为管道提供了一个偏置磁场；线圈通以高频电流，根据电磁感应定律，变化的电流会在管道中产生交变磁场。本文主要研究磁致伸缩纵向导波的两种模态:一种是L模态，偏置磁场的方向与交变磁场的方向相同；另外一种是T模态，偏置磁场的方向与交变磁场方向垂直。对偏置磁场进行扫描之后，本文分析了在T模态下，偏

4、置磁场的大小与位移的关系；在L模态下，根据质点的位移图得出磁致伸缩导波的传播方式，并且比较了纵向磁致伸缩和横向磁致伸缩的大小。关键词： 磁致伸缩导波 偏置磁场 交变磁场 位移 指导老师签名： Finite element simulation of magnetostrictive guided wave detection sensor Abstract: There is no need to couple and contact with the pipeline when using guide wave to test pipe.To use guide wave to test pipe not only can save time but also can improve efficiency. Therefore, understanding the characteristics of ultrasonic guided wave is the key to make it into an application.In this paper,we build the

5、model of the magnetostrictive ultrasonic guided waves and analysis based on the simulation results. Magnetic field provided by permanent magnet will Magnetize the pipe which provides a bias magnetic field to pip. when a high frequency current pass through the coil and according to the law of electromagnetic induction,it generates an alternating magnetic field in a pipeline, This paper studies the two model of longitudinal guided waves.One is the L mode and the direction of the bias magnetic fiel

6、d and the alternating magnetic field are the same;the other on is T mode, the direction of bias magnetic field perpendicular to the direction of alternating magnetic field.After scanning the bias magnetic field,we can know the relationship between the amplitude of the bias magnetic field and the displacement field under T mode.In L mode,we can know the magnetostrictive wave propagation method based on the displacement of the particle and the amplitude of the vertical magnetostriction and horizon

7、tal magnetostriction.Keyword: guide wave the bias magnetic field the alternating magnetic field displacement field Signature of supervisor:目 录1 绪论11.1 课题研究的意义11.2 国内外研究的现状21.3 课题研究的内容42 管道中超声导波的理论研究42.1 超声波导波理论简介42.2 超声波导波的基本特性52.2.1 群速度和相速度52.2.2 频散特性72.3 管道中的超声导波92.3.1 管道中的周向导波92.3.2 管道中的纵向导波93 电磁超声换能器概述93.3.1 MsS构成103.3.2 铁磁材料的磁化和磁致伸缩特性103.3.3 铁磁材料的磁致伸缩特性114 comsol multiphysics 介绍134.1 数值模拟综述134.2 有限元的未来是多物理场144.3 COMSOL Multiphysics简介144.4 AC/DC模块介绍155 磁致伸缩检测传感器COMSOL仿真165.1 纵向导波L态模型165.2 纵向

8、导波T态模型186 仿真结果分析196.1 纵向导波L模态模型仿真结果196.2 纵向导波T模态模型仿真结果217 结论与展望25参考文献26致 谢27南昌航空大学2015届学士学位论文磁致伸缩导波检测传感器有限元仿真研究1 绪论1.1课题研究的意义 在我国，管道干线已经发展成为很复杂的网络。随着使用时间的增加，管道会受到冲刷腐蚀，从而导致管壁变薄发生泄漏事故，不仅会导致巨大的经济损失，还会破坏生态环境，也许会造成人员伤亡。2013年11月12日位于青岛市黄岛区的中石化输油储运公司潍坊分公司输油管线破裂，发生爆炸事件，共造成62人遇难，136人受伤，直接经济损失7.5亿元。2012年淄博市高新区输油管道柴油泄漏，致使环境受到了污染。2008-2010年间，全国仅媒体公开报道的地下管线事故平均每天就有5.6起。全国每年因地下管线事故造成的直接经济损失达数十亿元。由此可见，管道的质量的重要性。虽然现在的常规无损检测手段在对管道检测有着很多的优势，譬如，常规无损检测由于其已发展多年，其技术已经成熟，只需要对工人进行稍加培训，就可以使用现有的设备进行检测。虽然常规无损检测技术比较成熟，但是也有其缺点，其中一个缺点就是常规无损检测需要逐点进行检测。管道系统是很庞大的，如果全都进行逐点检测，工作量将是很庞大的，而且费时费力，成本高。因此，常规无损检测方法难以有效的在当前工业中广泛使用的成千上万公里的管道检测中应用。钢

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