[发明专利]一种周向非对称缺陷的涡流检测磁场的半解析计算方法

说明书

本发明公开一种周向非对称缺陷的涡流检测磁场的半解析计算方法，应用于缺陷检测领域，本发明通过对周向非对称缺陷进行竖直方向的求解区域划分，在对每一竖直方向求解区域进行水平方向划分为五区域，根据圆柱形缺陷模型计算方法得到每一竖直方向求解区域对应的磁场信号，从而得到周向非对称模型的磁场信号的经验公式。

技术领域

本发明属于缺陷检测领域，特别涉及一种采用半解析的方式求解涡流缺陷检测信号技术。

背景技术

在金属试件的缺陷检测领域，涡流无损检测方法相对于其他检测方法具有检测精度高，造价低廉，无需耦合剂，对人体和环境安全绿色等诸多优势。而探究电磁场信号同激励源信号和缺陷信息之间关系，即涡流无损检测的正向问题的研究是涡流缺陷识别的基础，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。在缺陷识别研究中，目前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；数值仿真法对计算机配置要求高且运算时间长。而解析或半解析的方法具有结果精确、运算耗时少等特点。

解析法根据麦克斯韦方程组，建立以磁矢量势为求解目标的偏微分方程，转化至拉氏域后添加磁场边界条件，求解出磁矢量势的函数解析表达式，再进行拉普拉斯逆变换可以得出时域下的电磁场信号。

半解析法是解析解法的基础上采用经验公式计算解析法无法求解的复杂模型。对于周向非对称的涡流检测模型，由于模型的结构复杂导致边界条件难以进行准确的数学表达，可在简单结构的解析模型的结果上构造经验公式，采用半解析的方式求解周向非对称结构等复杂涡流检测模型电磁无损检测特征信号。

基于此，本发明提出一种含周向非对称形缺陷的涡流检测磁场的半解析计算方法。

针对被测体中含缺陷的涡流检测问题，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

为解决上述技术问题，本发明提出一种周向非对称缺陷的涡流检测磁场的半解析计算方法，通过数学物理方法得出周向非对称缺陷模型的检测信号经验公式表达式；运算量大幅减少，可大幅提高计算效率。

本发明采用的技术方案为：一种周向非对称缺陷的涡流检测磁场的半解析计算方法，包括：

首先，将周向非对称缺陷沿竖直方向划分，得到若干竖直方向的求解区域边界面，每一竖直方向求解区域边界面到缺陷中心的距离作为该竖直方向求解区域的缺陷半径，将各竖直方向求解区域沿水平方向划分为五个水平方向求解区域；

然后，采用圆柱形缺陷模型计算方法对每个竖直方向求解区域划分出的五个水平方向求解区域进行求解，得到每个竖直方向求解区域各自对应的磁矢量势；根据每个竖直方向求解区域的磁矢量势计算各自对应的磁场信号；

最后，将各个竖直方向求解区域对应的磁场信号组成一组磁场信号序列，根据这组磁场信号序列得到表示周向非对称模型的磁场信号的经验公式。