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基于FDTD算法金属管道的瞬变电磁响应特征研究
| 论文题名： | 基于FDTD算法金属管道的瞬变电磁响应特征研究 |
| 关键词： | 时域有限差分法;埋地金属管道;管道腐蚀定位;瞬变电磁法;磁导率 |
| 摘要： | 埋地管道作为能源运输工具之一，被广泛应用于工程实践中，但随之而来的管道安全问题也日益凸显，因此当务之急是如何快速地提高管道腐蚀检测能力。与其他检测方法相比，瞬变电磁法抗干扰能力强，且可实现非开挖在役检测，使得管道腐蚀定位更为高效快捷，但该方法检测精度亟待解决。本文运用FDTD数值算法正演埋地管道腐蚀的瞬变电磁响应特征研究。 首先，基于麦克斯韦电磁理论，推导出适用于瞬变电磁信号传播的FDTD时空迭代算法，在保证算法稳定和数值收敛的条件下，合理设置空间网格尺寸与时间步进之间的关系，为能有效控制边界区的电磁信号反射，引入卷积完善匹配层边界条件。其次，设计了1:1的三维空间模型，将近似均分网格法和等效均分网格法相结合，实现了最佳网格共形方式，激励源初始条件设计为梯形余弦脉冲信号，并沿YEE网格水平电场棱边施加，以模拟实际检测回线的触发状态。通过激励源水平剖面成像和三维空间矢量磁场瞬态显示，可清晰观测到整个空间磁场扩散全过程。 最后，车削两根管道分别预制内壁环状腐蚀缺陷和外壁截断腐蚀缺陷，通过瞬变电磁法对其进行试验检测，得到了试验结果与算法正演结果相一致，从而证明了FDTD正演算法的正确性和可靠性。同时为提高瞬变电磁技术准确性，设计三组不同正演的管道模型：内外壁不同腐蚀程度的管道模型、壁厚减薄区不同腐蚀化合物属性的管道模型以及不同埋深的管道模型。对不同模型的电磁响应特征分析，结果表明：瞬变电磁法能有效检出管道内外壁的金属损失，即感应电动势与损失量呈反比；管道腐蚀导致壁厚减薄区电阻率及相对磁导率变化，从而导致感应二次场相应信号变小；且证明了取样二次场晚期信号可有效抑制管道埋深变化引起的信号干扰。 |
| 作者： | 张维景 |
| 专业： | 测试计量技术及仪器 |
| 导师： | 胡博 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南昌航空大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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