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原文传递基于频域叠加法和能量等效法的脉冲涡流红外数值模拟方法

专利名称：	基于频域叠加法和能量等效法的脉冲涡流红外数值模拟方法
摘要：	基于频域叠加法和能量等效法的脉冲涡流红外数值模拟方法，该方法由基于棱边元的退化磁矢位法、基于节点元的温度场计算方法、基于快速傅里叶变换的频域叠加法和基于能量等效原理的能量等效法组成；实现该方法时，首先，根据脉冲涡流红外无损检测实验确定相关数值模拟参数，包括：激励线圈尺寸、激励波形、被检试样尺寸、被检试样材料物性、提离距离等；然后，基于退化磁矢位法和频域叠加法开发脉冲涡流场数值计算程序，并将上述相关数值模拟参数导入，计算得到被测试样中的涡流分布情况；最后，基于节点元和能量等效法开发温度场计算程序，并将之前计算得到的被测试样中的涡流值导入，计算得到被测试样中的温度分布情况。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安交通大学
发明人：	解社娟;仝宗飞;陈振茂;李旭东;孙祥
专利状态：	有效
发布日期：	2019-01-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201810226773.X
公开号：	CN108508082A
代理机构：	西安智大知识产权代理事务所 61215
代理人：	何会侠
分类号：	G01N27/90(2006.01)I;G06F17/50(2006.01)I;G;G01;G06;G01N;G06F;G01N27;G06F17;G01N27/90;G06F17/50
申请人地址：	710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号
主权项：	1.基于频域叠加法和能量等效法的脉冲涡流红外数值模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：根据脉冲涡流红外无损检测实验确定数值模拟参数，包括：激励线圈尺寸、激励波形、被检试样尺寸、被检试样材料物性和提离距离；步骤2：利用快速傅里叶变换对激励波形进行傅立叶展开，展开形式如式(1)所示，式中：I(t)为激励波形的表达式；N为傅立叶展开的总项数；n为当前傅立叶展开的项数；为第n阶谐波激励的幅值系数；j表示复数表达式的虚部标识；ω_n为第n阶谐波激励的角频率；t为时间；步骤3：基于退化磁矢位法和频域叠加法，将步骤1根据脉冲涡流红外无损检测实验确定的数值模拟参数和步骤2中的谐波激励的幅值系数导入电磁场控制方程，计算得到被测试样中的涡流分布；基于退化磁矢位法的电磁场控制方程如式(2)所示，导体区域式中：A表示磁矢位；μ表示导体的磁导率；μ0表示真空磁导率；σ表示导体的电导率；J0表示与激励线圈电流大小相关的电流密度；t表示时间；利用伽辽金离散方法，式(2)被离散成为如式(3)所示的形式，式中：μ表示导体的磁导率；σ表示导体的电导率；[N]表示形函数；As表示与激励线圈电流大小相关的磁矢位，由式(4)表示；Hs表示与激励线圈电流大小相关的磁场，由式(5)表示；∫AlldV表示积分区域为全体区域；∫N‑MdS表示积分区间为正常区域和混合区域的边界；∫MdV表示积分区域为混合区域；{A}表示磁矢位的值；ω为角频率；n表示法向量；式中：μ0表示空气的磁导率；J0表示与激励线圈电流大小相关的电流密度；R表示位置向量；式中：J0表示与激励线圈电流大小相关的电流密度；R表示位置向量；将步骤2中的激励波形的傅立叶展开形式带入到式(3)中，有限元方程的解由频率叠加法得到，如式(6)所示，式中：A(t)表示磁矢位的值；表示第n阶谐波激励的幅值系数；表示每个单位谐波电流对应的磁矢位响应；ω_n表示第n阶谐波激励的角频率；t表示时间；激励线圈在导体中产生的感生涡流密度通过每个单频谐波激励产生的涡流叠加得到，如式(7)所示，式中：J(t)表示激励线圈在导体中产生的感生涡流密度；A(t)表示磁矢位的值；表示第n阶谐波激励的幅值系数；表示每个单位谐波电流对应的磁矢位响应；ω_n表示第n阶谐波激励的角频率；t表示时间；σ表示导体的电导率；步骤4：基于节点元和能量等效法，将导体中的感应涡流密度值代入热传导控制方程，计算得到被测试样中的温度分布；温度场基本方程包括热传导控制方程、边界条件和初始条件；只考虑导体板中的固体传热，所以由能量守恒定律可知，导体温度升高所需要的能量等于外部传入的能量与内部热源提供的能量之和；热传导控制方程如式(8)所示，式中：T为导体中某一点的瞬时温度；ρ为导体的密度；Cp为导体材料的比热容；k为热扩散系数；Q为体热源强度，由式(9)求得；体热源为导体中涡流产生的焦耳热，如式(9)所示，式中：Q表示体热源强度；J(t)表示激励线圈在导体中产生的感生涡流密度；σ表示导体的电导率；根据能量等效原理，J(t)2等效为更简单的形式J0(t)2，等效原则如式(10)所示；S1＝S2 (10)式中：S1表示J(t)2与x轴围成的面积；S2表示J0(t)2与x轴围成的面积；求解式(8)即求得导体中的温度分布情况；步骤5：将导体上表面的温度值分布绘制成云图，云图中的温度分布即对应于脉冲涡流红外无损检测实验中红外相机测量得到的温度分布结果。
所属类别：	发明专利