详情

原文传递基于有限元仿真技术的管道缺陷几何特征量化方法改进研究

论文题名：	基于有限元仿真技术的管道缺陷几何特征量化方法改进研究
关键词：	管道缺陷;几何特征量化;管道腐蚀;疲劳破坏;管道泄漏事故;有限元仿真;磁通量泄漏
摘要：	管道系统广泛应用于冶金、石油、化工以及城市水暖供应等工业部门中，工业管道的工作条件非常恶劣，容易发生腐蚀、疲劳破坏或使管道内部的潜在缺陷发展成破损而引起泄漏事故。尤其是铁磁性油气输送管道由于长时间的腐蚀、磨损或意外的机械损伤等原因会形成各种缺陷，如未能发现并做出修理，将最终导致管道内介质的泄漏，从而引发各类管道安全事故。为全面了解管线的腐蚀、破损状况，尽可能及时的对危险缺陷点进行处理，防止管道泄漏事故的发生，或是最大限度的减少事故造成的损失，必须利用管道检测装置定期进行管道检测，及时发现管道缺陷，并且获得其位置、类型、几何尺寸等精确信息，从而为管道的安全评价、寿命预测、检修维护等提供可靠依据。因此，对管道进行监测和诊断就成为无损检测技术应用的重要方面。　　管道内缺陷检测是在役油气管道缺陷无损检测的重要手段之一，在保障管道的安全、高效运行方面发挥着不可替代的作用。管道内缺陷检测分为漏磁缺陷无损检测和超声波缺陷无损检测，在我国，应用比较广泛的是漏磁缺陷检测。对在役含缺陷燃气管道漏磁检测技术进行研究，从而获得相对精确的管道缺陷特征参数，为定量评价管道缺陷的剩余强度提供可靠的缺陷数据。本文以磁通量泄漏(Magnetic Flux Leakage,简称MFL，即漏磁)原理为基础，以通过求解麦克斯韦方程的数值计算将有限元方法应用于建立缺陷漏磁场模型为核心，主要从以下方面进行论述和研究：　　 (1)简单阐述国内外管道事业的发展及现状，作为运输载体其具有不可比拟的优越性；　　 (2)介绍管道事故的常见类型——泄漏，辨识燃气管道安全运行存在的危险有害因素；　　 (3)分析城市埋地燃气管网铺设的特点，试图揭示管道事故发生的规律，引出管道泄漏检测的必要性；　　 (4)综述管道缺陷无损检测的方法，并仔细分析比对管道内缺陷漏磁检测和超声波检测，简单介绍国内外漏磁检测技术的发展；　　 (5)介绍燃气管道漏磁检测系统的发展及在线监测装置的机械结构、工作原理和组成系统的特点；　　 (6)阐述电磁场基本理论及铁磁性材料缺陷漏磁产生的机理，翔实论述MFL检测原理；　　 (7)探讨缺陷漏磁场分析方法，并比较偶极子模型方法和有限元模型方法的优缺，通过求解麦克斯韦方程，建立缺陷漏磁场有限元模型；　　 (8)概述有限元仿真基本理论及解题步骤，通过信号反演得出缺陷特征参数与漏磁场的关系，分析模型仿真产生的信号误差并探究修正方法；　　 (9)简单介绍有限元仿真软件——ANSYS，并建立管道缺陷漏磁检测模型，并借助计算机模拟，运用有限元仿真技术对检测数据进行处理，得到缺陷漏磁场云图；　　 (10)分别就缺陷的不同长度、宽度及深度进行有限元仿真，得到相应的漏磁场云图及轴向和径向分量波形图，研究缺陷的几何参数与漏磁信号的对应关系及变化规律；　　 (11)说明此检测方法的不足之处和改进展望，并探寻进一步研究的方向，提出管道缺陷分级评价思想。
作者：	刘警君
专业：	安全技术及工程
导师：	钮英建
授予学位：	硕士
授予学位单位：	首都经济贸易大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文