应用ANSYS模拟管道漏磁检测，进行结果分析

崔倞　刘亮亮　魏力　高越　刘灜

【摘 要】 本文利用ANSYS有限元分析软件建立了轴对称缺陷管道模型，对管道表面外径向上的腐蚀坑、裂纹等缺陷形式进行了不同深度情况下的模拟。通过计算机的帮助，应用ANSYS模拟管道漏磁检测进行结果分析；并给出了二维分析和三维分析中的几种典型缺陷的分析结果，及如何根据ANSYS模型中路径测得的数据来鉴别管道中的缺陷。

【关键词】漏磁型检验 应用ANSYS 管道检 缺陷

一、 前言

近年来各地管道事故频发，造成了极大的经济损失和恶劣的社会影响。因此为了降低管道事故发生率，而定期对管道进行检查，作出安全性评价是非常必要的。

漏磁型检验装置是目前应用最广泛的管道检设备，具有环境适应能性强，适用范围广的特点。但是仅凭漏磁检测设备得到测数据还是远远不够的。因此选择一种行之有效的软件作为漏磁分析的辅助工具，是进行研究中必不可少的条件之一。故本文通过采用ansys作为主要的分析工具对管道上特殊的缺陷形式进行模拟，然后通过比较得出判伤理想的标准形式曲线。

二、实验原理概述

1 漏磁检测原理

漏磁法是无损检测的主要手段之一，它通过测量被磁化的铁磁材料工件表面泄露的磁场强度来判定工件缺陷的大小，由于石油化工行业管道排列复杂多样，管道工作工况也各不相同，因而对检测精度要求较高，而且受检测对象形状的限制，现在多采用采用磁敏传感器检测的方法。

当被检测管道管内壁或外壁有缺陷时，磁通路变窄，磁力线就会发生变形，部分磁力将穿出管壁产生漏磁（Magnetic Flux leakage）。此时漏磁场就会被位于两磁极之间的、紧贴管壁的探头（磁敏传感器）检测到，并产生相应的感应信号，这些信号经滤波、放大、模数转换等处理后被记录到检测器上的存储器中，检测完成后，再通过专用软件对数据进行回放处理、判断识别。

2 ANSYS軟件的应用

Ansys有限元分析软件是全球领先的有限元分析工具，尤其是在磁场分析方面得到了广泛的认可。

三、研究方法

本文以管道外径向磁化有限元建模与分析为研究方向，研究策略使用以下几种方法：

首先建立起无缺陷的管道外径向磁化ANSYS有限元模型，然后分析无缺陷时管道的磁通密度云图、磁场强度云图和磁感线矢量图来得到无缺陷情况下的信号特点；

建立起有缺陷的有限元模型，每种形式的模型建立三个，缺陷厚度分别为壁厚40%、60%、80%的模型，然后对缺陷形状相同而尺寸不同的模型进行纵向分析，从而得出不同尺寸缺陷的性质与信号之间的关系；对不通的缺陷形式进行横向比较，在这里缺陷尺寸统一取60%壁厚，从而得到不通形状缺陷的信号特征。

四、管道缺陷的漏磁场分析实例

我所分析的对象是外径为273mm，壁厚为7mm的管道，由于缺陷形式各种各样，缺陷之间在对比时需要一个标准，而且这些缺陷都是在管道模型建立完成后才建立的，因此，首先建立一个无缺陷的管道漏磁检测模型。

1带有腐蚀坑缺陷的管道建模与求解

油气输运管线工作条件的严酷，腐蚀坑是最常见的缺陷，在这里用直径为4mm的圆柱来分析研究，腐蚀坑缺陷也是分为40%、60%和80%管道壁厚，建立的路径是位于缺陷上方1mm出，缺陷中点前后各20mm。图1给出了路径上的磁场强度曲线图：

从圆柱缺陷磁场强度的竖直分量图可以知道，管道中腐蚀坑缺陷的宽度大约有4mm，而从水平分量的磁场来观察，缺陷宽度估计值竟然达到7mm，显然，要想更精确的估计缺陷宽度的话还是从竖直分量曲线图，这是因为缺陷漏磁场在缺陷左边达到负的最大值，右边达到正的最大值，数值上一正一负，相差明显，而水平分量由于在缺陷的左右边缘都为正值，模型中建立的路径离缺陷有一定距离，因此估计结果比实际尺寸稍大。从磁场强度的水平分量图中，可以看出缺陷中心处漏磁通的水平分量最大，励磁源的强度一定，按照三角函数对其进行分解的话在水平分量最大出其数值分量应最小，磁场强度竖直分量曲线图中在缺陷正中处磁场强度近似于0，验证了以上假设。

2腐蚀坑缺陷的漏磁场分析

（1）、利用ANSYS后处理得出40%、60%和80%深度的管道缺陷的轴向磁场强度水平分量、竖直分量和合磁场强度，通过结果对比分析，管道内缺陷深度不同，其磁场强度曲线的峰值大小也不一样，深度越大，峰值越大，管道缺陷深度越大其对应的磁场强度分布曲线的峰峰值间距越大，即在缺陷尺寸的估值上误差越大。

（2）、在同一种缺陷的情况下，由40%、60%、80%三种种不同深度下的缺陷进行纵向对比分析分析可知，缺陷深度与宽度比值越大检测效果越好。

（3）、由于缺陷形状的对称性，不管在竖直方向还是水平方向上的磁场强度强度曲线关于缺陷中心线对称的，并且在竖直方向上缺陷正中间其值为零，在水平方向上缺陷正中间的磁场强度到达最大。

五、结论

本文通过ANSYS有限元软件对管道缺陷的漏磁场进行了建模分析研究，通过分析得到如下结论：

（1）通过建立有ANSYS限元模型，分析得到管道内缺陷深度不同，其磁场强度曲线的峰值大小也不一样，深度越大，峰值越大。竖直磁场强度的曲线分布是通过它的峰峰间距来表达曲线特点，而根据峰峰值可以大体上估算出缺陷宽度；

（2）通过管道ANSYS有限元模型可知由于缺陷形状的对称性，不管在竖直方向还是水平方向上的磁场强度强度曲线关于缺陷中心线对称的，并且在竖直方向上缺陷正中间其值为零，在水平方向上缺陷正中间的磁场强度到达最大；

（3）在同一种缺陷的情况下，40%、60%、80%四种不同深度下的缺陷进行对比分析可知，深宽比越大检测效果越明显。

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