Численные модели в интроскопии
1 Роль математического
моделирования в решении актуальных
задач неразрушающего контроля и
диагностики
Численные модели в интроскопии
Численные модели в интроскопии
Задача математического моделирования –
прогноз выходных данных исследуемой системы
контроля для конкретных эксплуатационных
условий.
Математическая модель – инструмент для:
1) Изучения физики взаимодействия поля (или излучения) с
контролируемым изделием
2) Помощи в обучении через наглядное представление
перераспределения (силовых линий) поля в результате изменения
геометрии, свойств, появления (развития) дефекта
3) Проверки возможности проведения контроля тем или иным
способом, прогнозирование уровня сигналов, размещение датчиков
4) Оптимизации процедуры контроля (выбор рабочих параметров,
программы сканирования объекта)
Численные модели в интроскопии
(продолжение)
Математическая модель – инструмент для:
5) Исследования влияния геометрии, характера свойств (нелинейности,
анизотропии, гистерезиса) на прогнозируемые сигналы датчиков
6) Проектирования преобразователя (выбор оптимальных размеров
катушек, магнитопровода, рабочих частот)
7) Исследования влияния размеров, формы, ориентации дефектов на
прогнозируемые сигналы приемных датчиков
Численные модели в интроскопии
Задача анализа сигналов (изображений) –
максимально устранить влияние основных
мешающих факторов реального эксперимента:
1) Подавление (детерминированного и случайного) шума
2) Устранение влияния мешающих факторов в виде наложения
сигналов от различных конструктивных элементов
3) Учет влияния конечных размеров чувствительной зоны
преобразователя
4) Улучшение чувствительности и разрешающей способности
Численные модели в интроскопии
Задача интерпретации сигналов (изображений) –
классифицировать обнаруженные аномалии в
объекте контроля и дать оценку ее формы,
размеров, ориентации:
1) Отделить дефекты от недефектов
2) Классифицировать дефекты по расположению и характеру
(внешние – внутренние, трещины - коррозии)
3) Реконструировать геометрические параметры дефекта или
восстановить распределение свойств по объему исследуемого
объекта (вычислительная томография)
4) По результатам оценки размеров обнаруженного дефекта (или
характера распределения свойств) сделать заключение о степени
опасности дефекта
Численные модели в интроскопии
Математическое моделирование в
решении задачи проектирования
системы обработки данных
внутритрубного магнитного
дефектоскопа
Численные модели в интроскопии
Внутритрубный магнитный дефектоскоп
Численные модели в интроскопии
Магнитно-измерительная система
Численные модели в интроскопии
Конструкция магнитно-измерительной системы
Численные модели в интроскопии
Принцип действия магнитного контроля
Численные модели в интроскопии
Типичные дефекты трубопроводов
Численные модели в интроскопии
Трехмерная конечно-элементная модель магнитной
системы в трубе с дефектом
Численные модели в интроскопии
Модель дефекта типа коррозия и соответствующие
сигналы датчиков
Численные модели в интроскопии
Распределение модуля индукции магнитного поля в
области дефекта (изображена одна четвертая часть)
Численные модели в интроскопии
Распределение осевой составляющей поля в области над дефектом
типа коррозия (в плоскости сканирования датчиков)
Численные модели в интроскопии
Распределение угловой составляющей поля в области над дефектом
типа коррозия (в плоскости сканирования датчиков)
Численные модели в интроскопии
Сигналы датчиков, измеряющих осевую (справа) и угловую (слева)
составляющие поля в области над дефектом типа коррозия
8
50
6
40
4
B , mT l
Bz, mTl
30
20
10
0
-2 0
0.5
1
-4
0
-10
2
0
0.5
1
x, m
1.5
-6
-8
x, m
1.5
Численные модели в интроскопии
Картина поля рассеяния осевой составляющей в области над
дефектами трубы (результат сканирования 192 датчиков)
Численные модели в интроскопии
Экспериментальные данные - распределение осевой составляющей
поля в области над дефектами типа вмятина (слева) и сплошная
коррозия (справа)
Численные модели в интроскопии
Типичные сигналы осевой (вверху) и угловой (внизу) составляющих
поля от дефектов типа коррозия (слева) и трещина (справа)
Численные модели в интроскопии
Определение ключевых признаков сигналов осевой (слева) и угловой
(справа) составляющих поля от дефекта типа коррозия
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
min -0.2
Bz/Bz(max)
cz
z
0
20
60
мм
z
40
z
Bz
6
5
4
3
2
1
0
M
Y
0
c 0.2
0.4
0.6
0.8
1
X
Численные модели в интроскопии
Конечно-элементная модель и прогнозируемые сигналы датчиков в
области над сварным швом с дефектом типа непровара
11
Hz,kA/m
10
9
8
7
6
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
x, m
Hz, kA/m
12
11
10
9
8
0
0.05
0.1
m
0.15
Численные модели в интроскопии
Искусственные дефекты, нанесенные на тестовую трубу. Каждая
группа дефектов имеет один изменяющийся параметр
Трещина с изменяющейся длиной
Трещина с изменяющейся глубиной
Коррозия с изменяющимся диаметром
Коррозия с изменяющейся глубиной
Численные модели в интроскопии
Неопознанный дефект
потеря металла
ПМ №1
Неопознанный дефект
потеря металла
ПМ №4
ПМ №5-6
ПМ №7
ПМ №2
ПМ №3
Неопознанный дефект
ПМ №1
обнаружено при ДДК
потеря металла
зарегистрировано ПОД
(указатель на рамку ПОД)
