管道漏磁内检测缺陷漏磁场二维ANSYS仿真过程

A.2管道漏磁内检测缺陷漏磁场二维ANSYS仿真A.2.1问题描述管径为377mm，管壁厚度为8mm，对于二维几何模型来讲，管道检测装置是一个完全轴对称的图形，只需要建立1/4实体模型。模型包括管壁、磁化器、永磁体、钢刷和轭铁。图A.1中A1表示内缺陷的实体，深50%，长2cm，处于两个磁极中间；A2、A4为永磁体，厚3cm，长8cm，矫顽力为896000Oe，相对磁导率为1.05；A3、A5为钢刷，厚5cm，长8cm，相对磁导率为186000；A7为轭铁，厚2cm，长36cm，相对磁导率为186000；A10为管壁，厚8mm，长46cm，采用X52号钢，它的磁特性如表4.2成非线性，B-H曲线如图4.2所示；A6、A8、A9为空气域，是由包围检测装置和管壁的空气域分割而成，管壁外取5cm宽的空气域，空气的相对磁导率为1。以Y轴为对称轴（管壁轴向延伸方向），坐标原点取在管道中心，建立仿真模型。A.2.2ANSYS仿真GUI（图形用户界面）操作方法1.创建物理环境（1）过滤图形界面GUI：MainMenuPreferences，弹出图A.2界面对话框，选中“Magnetic-Nodal”（磁场-节点分析），对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。图A.1实体模型图A.2过滤图形界面（2）定义工作标题UtilityMenuFileChangeTitle，在弹出的对话框中输入“MFLAnalysis”，单击“OK”，如图A.3所示。图A.3定义工作标题（3）指定工作名UtilityMenuFileChangeJobname，在弹出的对话框中输入“MFL_2D”，单击“OK”，如图A.4所示。图A.4指定工作名（4）指定工作目录UtilityMenuFileChangeDirectory，弹出“ChangeWorkingDirectory”对话框，选择（建立）工作目录“E:\MFL_ANSYS”，单击“确定”，如图A.5所示。图A.5指定工作目录（5）定义单元类型和选项GUI：MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete，弹出“ElementTypes”单元类型对话框，如图A.6（a）所示。单击“Add…”按钮，弹出“LibraryofElementTypes”单元类型库对话框，如图A.7所示。在该对话框左面滚动栏中选择“MagneticVector”，在框右面滚动栏中选择“VectQuad4nod13”，单击“OK”，定义了“PLANE13”单元，如图A.6（b）所示。（a）（b）图A.6单元类型对话框图A.7单元类型库对话框在“ElementTypes”对话框中单击“Options”按钮（如图A.6（b）所示），弹出“PLANE13elementtypeoptions”单元类型选项对话框，如图A.8所示。在“Elementbehavior”后面的下拉式选择栏中选择“Axisymmetric”，将PLANE13单元属性修改为轴对称，单击“OK”退出此对话框，得到图A.6（b）所示的结果。最后单击“Close”，关闭单元类型对话框。图A.8单元类型选项对话框（6）定义材料属性GUI：MainMenuPreprocessorMaterialPropsMaterialModels，弹出“DefineMaterialModelBehavior”对话框，如图A.9所示。在右边的栏中连续双击“ElectromagneticsRelativePermeabilityConstant”后，又弹出“PermeabilityforMaterialNumber1”对话框，如图A.10所示，在该对话框中“MURX”后面的输入栏输入“1”，单击“OK”。至此完成了相对磁导率为的1号材料的定义，用于空气域和缺陷。单击“MaterialNewModel”弹出“DefineMaterialID”，在“DefineMaterialID”后面输入材料号为“2”，如图A.11，单击“OK”。在“DefineMaterialModelBehavior”对话框中左边栏单击“MaterialModelNumber2”，在右边的栏中连续双击“ElectromagneticsRelativePermeabilityConstant”后又弹出“PermeabilityforMaterialNumber2”对话框，在该对话框中“MURX”后面的输入栏输入“1.05”，单击“OK”；继续在右边的栏中连续双击“ElectromagneticsCoerciveForceConstant”后又弹出“PermeabilityforMaterialNumber2”对话框，在该对话框中“MGXX”后面的输入栏输入“896000”，如图A.12所示，单击“OK”。至此完成了相对磁导率为的1.05，矫顽力为896000的2号材料定义，用于永磁体（N极）。图A.9定义材料属性对话框图A.10定义相对磁导率A.11定义新材料图A.12定义矫顽力单击“EditCopy”弹出“CopyMaterialModel”，如图A.13所示，单击“OK”，在“fromMaterialnumber”栏后面下拉式选择栏中选择材料号为“2”；在“toMaterialnumber”栏后面的输入栏中输入材料号为“3”。，单击“OK”，把2号材料的属性复制给3号材料。在“DefineMaterialModelBehavior”对话框中左边栏依次双击“MaterialModelNumber3”和“CoerciveForce（const）”，在弹出的“CoerciveForceforMaterialNumber3”对话框中“MGXX”后面的输入栏输入“-896000”，单击“OK”。至此完成了相对磁导率为的1.05，矫顽力为-896000的3号材料定义，用于永磁体（S极）。图A.13复制材料属性单击“EditCopy”，在“fromMaterialnumber”栏后面下拉式选择栏中选择材料号为“1”；在“toMaterialnumber”栏后面的输入栏中输入材料号为“4”。，单击“OK”，把1号材料的属性复制给4号材料。在“DefineMaterialModelBehavior”对话框中左边栏依次双击“MaterialModelNumber4”和“Permeability（constant）”，在弹出的“PermeabilityforMaterialNumber4”对话框中“MURX”后面的输入栏输入“186000”，单击“OK”。至此完成了相对磁导率为186000的4号材料定义，用于轭铁。单击“MaterialNewModel”弹出“DefineMaterialID”对话框，在“DefineMaterialID”后面输入材料号为“5”，单击“OK”。在“DefineMaterialModelBehavior”对话框中左边栏单击“MaterialModelNumber5”，在右边的栏中连续双击“ElectromagneticsBHCurve”后，弹出“BHCurveforMaterialNumber5”定义材料B-H曲线对话框，如图A.14所示。在H和B里依次输入相应的值，每输入完一组B-H值，点击右下角的“AddPoint”按钮，然后继续输入，直到输入完足够的点为止。最后获得如图A.14所示的15个点。输入完材料B-H值后，可以用图形方式查看B-H曲线。单击图A.14中的“Graph”，选择“BH”，便可显示B-H曲线，如图A.15所示。图A.14输入材料B-H曲线图A.15材料5的B-H曲线5种材料属性输入完成后，得到的结果如图A.16所示，最后单击“MaterialExit”结束。图A.16材料属性定义结果查看材料列表：UtilityMenuListPropertiesAllMaterials，弹出“MPLISTCommand”信息窗口，如图A.17所示。信息窗口列出了所有定义的材料及其属性，确认无误后，单击信息窗口“FileClose”关闭窗口。图A.17材料列表信息窗口2.建立模型，赋予特性，划分网格（1）定义分析参数UtilityMenuParametersScalarParameters，弹出“ScalarParameters”对话框，如图A.18所示。在“Selection”输入行中输入“DEPTH=50”（缺陷深度50%），单击“Accept”。然后依次在“Selection”输入行中分别输入“LENGTH=0.02”（缺陷长度2cm）和“T=0.008”（管壁厚度8mm），并单击“Accept”按钮确认，最后输入完成后，单击“Close”，关闭“ScalarParameters”对话框，其输入参数的结果如图A.18所示。（2）打开面积区域编号显示UtilityMenuPlotCtrlsNumbering，弹出“PlotNumberingCnotrols”对话框，如图A.19所示。选中“AreaNumbers”选项，后面的文字由“off”变为“on”，单击“OK”关闭窗口。图A.18输入参数对话框图A.19显示面积区域编号对话框（3）建立平面（2D）几何模型①建立矩形区域GUI：MainMenuPreprocessorModelingCreateAreasRectangleByDimensions，弹出“CreateRectangleByDimension”对话框，如图A.20所示。在“X-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.085”和“0.105”，在“Y-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.05”和“0.41”，单击“Apply”。图A.20生成矩形对话框在“X-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.105”和“0.135”，在“Y-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.05”和“0.13”，单击“Apply”。在“X-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.105”和“0.135”，在“Y-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.33”和“0.41”，单击“Apply”。在“X-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.135”和“0.185”，在“Y-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.05”和“0.13”，单击“Apply”。在“X-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.135”和“0.185”，在“Y-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.33”和“0.41”，单击“Apply”。在“X-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.185”和“0.193”，在“Y-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.0”和“0.46”，单击“Apply”。在“X-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.185+T*DEPTH*0.01”和“0.193”，在“Y-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.23-0.5*LENGTH”和“0.23+0.5*LENGTH”，单击“Apply”。在“X-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.0”和“0.243”，在“Y-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.0”和“0.46”，单击“OK”。②几何模型布尔运算GUI：MainMenuPreprocessorModelingOperateBooleansOverlapAreas，弹出“OverlapAreas”拾取框，如图A.21所示。单击“PickAll”按钮，对所有的面积进行叠分操作。③区域编号压缩操作叠分操作后各部分面积区域将重新编号，并可能不是连续的区域序号，为此进行面积区域编号压缩操作，GUI：MainMenuPreprocessorNumberingCt