Книга: Сканированный сборник лабораторных работ

Распознанный текст из изображения:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИйСКОй ФЕДЕРАНИИ

МУ О

Ч С

( Технический университет )

Утверхптено

учебным управлением МЭИ

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

на ПЭВМ по курсу

ЧИСЛЕННЫЕ МОДЕЛИ И КОМПЬЮТЕРНОЕ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ В ИНТРОСКОПИИ

Москва

Ияательство МЭИ

Распознанный текст из изображения:

УДК

620

Л-125

УДК: 620.179.1: 681.3.06.001.63(076.$

Лабораторные работы на ПЭВМ по курсу "Численные подачи и компьютерное

проеэсзнрование в шпроекопни". В.П. Лунин, С.В. Кирсанов, А.А. Иванов. - Мл Ихл-во

МВИ, 1996.- 28е.

Прелнвэнвчевы для студентов снепивльностн 19.02 'Приборы и методы хоитроля качества и диагностики" (ииэроскопия) и содержат руководства по шести работам. выполияемьпе с помошью пакета программ конечно-элементного анализа двумерных статичесхнх. стапноиарньж и квазистапионарных элехтромагнвтньхт полей Маявши.

Ю Московекнй энергепэческвй ннсппут, 1996 г.

Введение

Дальнейшее совершенствование методов и средств интроскопни в значительной степени определясзся тем. наско:п,ко эффслтнвно б(луг применяться современные компьютсрныс технологии как при исследовании лсжаших в основе физически; явлений. проектировании соответсгвуюших преобразователей. гак и при распшфровкс эксперпмапыьных результатов Среш! методов гэеразрушагошиэ испыташш и Лиагностзпси широко применяются внхрстоковые. магнитные и элеьчрнческие методы. основанные на взаимолейсгвии электромагнитного поля с изделием. Для того чтобы иметь возмояоюсть исследовать характер этого взаимодействия. судить о достоззнстваэ метода и его ограничения: выбрать на|глучшззе условия контроля и конструюпэю преобразователя. нужно вооруяозться мошпым средством численного модешгровання. позволяюшим репзать соответствуюпзис краевые задачи эпектромагшпного поля с минимальными лопчшсннями

Новый по сути к:ночевой в полготовке спспналистов в обдасти неразрушаюшнт

нспьпаний и лнагностикп, курс "Численные модели и компьютерное проектирование в ззнзроскопии" затрагивает прежде всего теорстическис предпосылки, необходимые для того. чтобы научить искусству моделирования задач интроскопии. Метол конечных элементов;шя расчета элсктромагньпных полей бьш ввелен уже более трех лесятзшетпй назад н шюз за это время эффективным четодом численно~ о решения задач ана шза и синтеза электромагнитных систем Одна нз главных делей к рса - помочь стул нту пон1пь теорию. заложенную в методе конечных элементов. ес оэраинчсння и аппрокснмапии. принимаемые при решении полевьп задач в режьныэ 1стройстват, Вторая. не менее важная пель - дать студенту возмояопэсзь самому стать пользователем мезода лля моделирования задач, пмеюшил практическую значимость. используя сп пнально разработанный лтя ктрса пакет Мая1' шл

Пакет Мае'.чпгп позводяет решать широкий спектр гьтоско-параллсльныэ и осесиммстричных задач статического, сзаннонарного и квазпстапионарного электромагиитноз о поля с нелпнейными элекгрофнзическими свойствами сред. Отличительная черта пакета — обеспечение возможности интерактивного создания н рслактпровання конечно-элементной модели на элранс графического дисплея, своляшсс

Распознанный текст из изображения:

к миним) му время подготовки задачи к решению а также современньш дружественный

интерфейс пользователя с программой )непосредственное отображение на экране

выполняемых действий много)ровневое падаюшее меню. подсистема пояснений и

подсказок). Реализован рял )лобных д:ш пользователя функшпэ.

— автоматическая триангуляция расчетной области;

автоматическая нумерация элементов и узлов конечно-элементной модели:

генерация граничных условий и источников:

— интерактивная пою озовка и релактированне з.ыатрофизичсских харакзерпстик

материалов,

— автоматическая иеренуиерашэя узлов модели Хзя мшпиипацни ширины полосы при

формировании расчетной матрицы

— получение показаний иэмерэпельцого датчика прп сканировании им заданной

траектории.

возмоюзость исследования системы варьированием параметра )плотности тока.

частоты источнгпса, материала и геометрических размеров отделъных элементов)

Наиболее сушесзвенные пшги в процессе пою оговки данных )создание. модификация

и визуализация данных, относяшился к шюкретнэашш расчетной области)

контролируются пользователем который мояест в сл) чае необходимости

коррелтировать лиюой параметр с помошью операшт вставки. коррекции и стирания

После завершения созлания сепса выводится на экран в удобном для контроля режиме.

Возможна операцээя увеэпзченпя 17ООМ) необхолимого фрагмента области.

Графическое сопровожленне конечно-элементных расчетов предостав:шст пользователю

следуэошне возмшюзости по визуа:пиации результатов аикппа.

распределение силовыл эпгний грили зквипогенцэ~азей поля в шпсресуюшсй пользователя области векзорное поле с помоюью стрелок соозвегств) ююсз о направления; графические зависимости ~поболе из комиоиснэ и.ш молу;ш векгорной характеристики поля нли потенциала вдоль заливных отрезков линий: голозрафы сигнала инлукпионного латчика при аз о сканировании или изменении неслед) емого параметра.

11рограмма компьютерных лабораторно-зкслеловательскил работ вклгочает две работы по электрическому, три — по магшзтном) н одну — по вихретоковому методам контроля и диагностики. Все запланпрованные эксперименты ориентированы на поиск. исследование. позволяюшие сформировать у чепце анализировать соответствуюшее электромагнитное явление. )становить связи, выделить главное в этих связях — и~меняя параметры чолепи можно определить влияние отдельных параметров на выхо)Шой сигнал латчцка в изучаемом методе контроля ооъектов. наб подать за изменением ээсч о сшнала в выбраниоч масзптабе времени при сканировании да зинка.

Последовательносзь позцотовки задачи к счету при выполнении задания состоит в рисовании геометрического образа задачи, леленни области решения на множество конечных элементов опрелелении граничных условий и источников Прп этом надо прилержзэваться следуюших рекомендаций. Размеры области рггпения залач магнитного и вихретокового контроля лолжиы быть по крайней мере в лва-три раза больше забарцтных размеров обзъегла исследования Треугсэльные элементы мог)т быть раъпзчньэх рюмеров. при этом в области, где мы ожидаем резкэы изменений в величине поля, чис:ю э.гемензов и их размеры до:пюзы бьггь изменены для пол)чеиия большей плозносзи. Там же. где мы ожзздаем меньшие гра,шензы поля. *пило элементов может быль чеиыие. Еажлый тлеменэ может содержать только олин матерээаз. др)и[ма словами. ~раисина меж,п лн) мя ри:лэчиыми материгцп,ными ооъеьтами Лоляша совпадать со стороналш гре)з ольника.

Основная задача каждшо модельного эксиеримапа - спрогнозировать реакцию гшмеритетьного иреобрюова геля )в виде потеншзата электрола, снгззаза датчика з'огша годографа наводимого напряжения. хронологических кривых) примсннтелъно к контро:ио заланиого обьекга, оценгпь порялок величии этих сигналов выработать рекомендации ио оптимизации метошпси и режима контроля объекта а затеи обосновать алгоритм обраоотки этой информашш с пылью определения параметров

дефекгоа в реальных условиял

Перед выполнением цикла лабораторно-исследовательских работ необхолимо внимателъно изэчить "Методические )казаэшя по проведению практических занятий на ПОВМ с пакетом программ конечно-элементного анапэза электромагнитных полей Мая.'эигп ' М Моск элерт.ин-т. 1996. 48с.

Распознанный текст из изображения:

Лабораторная работа №1

погенпна >а ичсст вил

д ( дъ'(х,у) ) д 1 дх(х,у))< — !Го(х,у). !+ — !о(х,у) )~=0 (П<(, ' дх 1 су( '' ет

зо

/и< 1 ' 1гопгщрия нгсл<д<гпого оорпзпп

Рн< 1..< Осли< гм 1нпненпя молчи

Получение калибровочных зависимостей при измерении глубины

трещин злекгт!ропотен)(дольным методом

Электропотенпиальный метод основан на измерении рьпностн электрического потенциала на поверхности объекта контроля при пропусканни через него тока от внешнего источника. Ме<од успешно нсполыуется для измерения глубины трешины в электропроводяшем образце (рис 1.1, кру>лыс отверстия служат для захватов ог устройства растяжения лля ог>еспечения плавного изменения глубины трещины).

Рнс. 1 1. Схеми конгпраля злекгпропогпенинояьным мегподоп

С помошью токовых электродов, установленных на противоположных торцах исследуемого образца с трещиной, к образцу подводзпся электрический ток. Трещина в проволюлей среде, ориентированная поперек линий <ока, вызывает искажение э<их линий в сравнении с бсздсфектным изделием. Это можно обнар<ркитть если измерить разпость потенциалов между двумя точками на поверхности с помощью потенцнвп дых электродов. Распределение плотности тока в объекте коьпро>гя можно найти, решив краевую задачу Лапласа относительно скалярного или векторного электрического потенциала с соответствующими <раничнымн условиями. При решении задачи со скалярным потенциалом (для получения каргины эквипотснциалсй) <раннчные условия задаются значениями потенциалов (как правило. равными по величине и противоположными по знаку) в точках ввода тока. В случае же задачи с векторным потендиалом (для получения картины линий тока) задаются разностью и<> <енциалов на противоположных границах проводящей срель< по отношению к точкам ввода тока зьчя обеспечения заданной величины тока.

Дифференциальное <равнение .!ап.<а<а относительно скалярного п<ектрнчесього

<ле Ъ(х,>) скалярный электрический потенциал (В). о — электрическая проводимость (Гм(м). можно решить с помощью про<раммы К!адкогп Из-за симметричности обраша достаточно провес<и расче«олько шя четвер<и с<о пен>ральнщо сечения (рнс ! 2)

Л!олс:зь этой задачи )жс создана н хранится в файле Вгр.йа1 Июораженне. ко<орос

появится на экране после за<рузки этого файла показано на рнс. )Э.

Распознанный текст из изображения:

Лабораторная работа №2

ащитный слой

апьваничвская медь

еднвя фольга

твкпотекстолит

на левой зраннззе

Представление ре)ультат ов

Искомые значения потенциалов опрслсляются в элементах. прилсгаюших к верхней или нижней границе ооласти нсспелования. В качестве зраничных условий задаются высокий (100В) потенциал в узлах из элемента сети. прилегаюшего к левой границе области (в !очке лов~акта зокового элекзрода), низкий (ОВ) потенциал — в узлах вертикальной линии пол трошиной (с учетом симметрии образ!!а)

помошью модели можно измерять потенциал в точках расположения измерительных электродов (точках верхней или нижней плоскости). менять полозкепне контакта токового электрола и глубину трешины.

1! рограмма численных исследований

1 Лля фиксировшппп о подоя ения 1оково~ о и потенциального электролов (для

центральных ) сюа левой и исрхнеи ~ранил соответственно) сиять зависимость

напряжения о1 з дубины трещины.

Для фиксированного положения токового электрола и глубины трешины (50"

от максимально возможной) снять зависимость показаний вольтметра от координаты точки измерения потенциала на верхней границе области. Повторить

эксперимент для случая. когда трешина отсутствует.

Лля фиксированноз о положения тихово~ о электрола и глубины грешины (50ш оз максимально возможной) снять зависимость показаний вольтметра ог коорззина~ы гочки его подключения на нижней границе оезласти Повторить эьсперимен1 для случая, когда трешина о гсугсзвует

4 и ов ~ орить пункты 1. й 3 для четырех различных положений токового электрода

Опрелелить положения токового электрола и точки измерений потенциала лля

обеспечения линейности калибровочной характеристики.

В качссзве о~чета представить полученнью файлы резулыазов и картинки распрелеления поля в РСХ-форыате. а также калибровочные зависимости. Сделать выволы оо эффекгивносзи злектропотенциального контроля. выявить езо нелостапси и сфорззулирова~ь требования к измерительной шшаратуре

Иссугеоовангге вгггянггя раза!(нных фагсгггоров ни нллгеренне с)гонг()ггны

.1(еггга.тгггваг(гггг в огнверсллгях нечагггных л гсгггг

(з!ешюе покрытие наносится шзя шектрического соелинения проводников на противополо;кных сторонах двусторонних печатных плат 51еталлизированное отверстие в печатной плате из стекло зекстолн!а состоит из участка медной фолы и (состакэяюшей элсктропровоэпзгий рисчюк на поверхности платы), слоя гальванической мели. осажденной в о! ворс з ни из текстолита. а также слоя оловянно-свинцового металлорезис1а. прелохраняюшего гальваническую мель от окисления (рисбб1).

Риг. В 1 Схеии коигирим.иетипои элек ирическоеи голрпшисления

Ог толшины мслного слоя в ка.илом из узлов зависит надежность всей печатной платы

(тонкий слой ью кот быть разрушен при эксплуатации узла прохожлснием зока или при

пайке а слишком толстый слой приводит к уменьшению лиаз!стра отверстия)

Распознанный текст из изображения:

П = 0 4 мм Т =25 мкм 1 = 15 мкм

= 0,82 мм

1 =50мкм

Рис 2.2 Реомешрия адьек:па канзпроля

Ийй

дзз) 1 дз) д~'зс

— „и- — г —,=О

1О

Для контроля можно применить метод электрического сопротивления, предполагаюшего пропускание тока с помошью подпружиненных контактов и измерение сопротивления металлиз про ванной трубки в отверстии диэлектрической платы (рис.2. 2).

Распределение потенциала и тока в электропроводяшсй трубке (а тем самым, и сопротивление) можно найти, решив задачу Лапласа относительно скалярно~о илн аекторного электрического потенциала с граничными условиями. При решении залачн со скалярным потенциалом (для цолучення картины эквипотенциазсй) граничные условия залаготся значениями потенциююн в сачках ввода тока. В задаче с векторным потенциалом (дзя получения картины линий тока) задаются разностью гю~енциалов на противоположных границах проводящей среды по отношению к точкам авода тока лля обеспечения заданной величины гока.

Такиы образом, задача вычисления омичсского сопротивления мелю!лизированной труоки, обладаюшей осевой симметрией и состояшей пз зрсх провопяших учаспсов с различной проводимостью, сводится к решению уравнения Лапласа относительно, например, скалярног о потенциала:

!'раничными условиями булуг зшгаваемые в точке контактов значения потенциала (например, 100 Вольт). Заметим. что на свободной поверхности тела нормальная колзпонента тока обрашается в нуль. гак как ток не может вытекать в окружаюшее изолирующее пространство. Поэтому на свободной поверхности лолжна обращаться в

нз л, нормальная компонснза !разиенга потенциала (а это не что иное. как однородно сс!ссгвснное граничное условно Неймана) Вычислив распрезелсние скалярного потенциала в области с кусочно-пос~ояннои нрополпмосзью. можно получить выра.кение ззя тока. а зем самым - и значение сопрогиплення интегрированием по любоы поперечному сечению через ьозорос про~скак! полный зок.

Юу задачу можно решнзы помошью программы 1з1аемлю используя файл р11Ааг с уже цош отовленной конечно-элементной моделью Внешний внз молсли показан на рис

Рис ' У Модель гавани кан.приза толщины пакры пия в аэнверппняз печатник пю и

Используя осевую симметрию задачи (сч. рис 2 11. пслесообразззо провалить расчет только зля половины сечения о~версзн». например. зля правой Л(оледь позволяет рассчитывать задачу ззя различных значений электрической проводимости слоя гальванической мсдп и зашитного слоя а также медной фольги изменять соотношение мс;клу толшинами этих слоев Для гого. чтобы обеспсчигь ток в проволяшнх покрытиях. необхолнмо задать значение скалярного электрнческзло потенциала равное !00 В, в верхнем угловом элементе зашитного слоя (в нн,кием угловом элементе необхоличо задать значение потенциала равное -100 В). После вычислений. используя значения

Распознанный текст из изображения:

Лабораторная работа №3

значи гелъно вливет на показания прибора.

ИК

ГтсмаГнитныи

раева

картину распределения тока на участке.

измерительной аппаратуре.

13

12

напряженности ноля в каждом Клементе, можно рассчитать и величину сопротивления

всего участка (сопротивление обратно пропорционально току).

Программа численных исследований

1 Снять зависимость показаний измерительного прибора (амперметра или оммстра) от толшины медного покрытия при заданном напряжении на токовых вводах.

2' Снять зависимость показаний измеритслъного прибора от толшины зашитного покрытия. Определить минималъную то:илину защитного слоя. при котором оно

Определить, влияет ли наличие медной фольги на показания прибора для

различных соотношении толшин зашитного и медного покрытий. Оценить, как изменятся показания прибора при изменении электричс~сой

проводимости меди в пределах 10% от номинального значения.

Оценить влияние неточное Ги величины электрической проводимости защитного

слоя (в пределах 10% от номинального значения).

6 Решить задачу относительно векторного электрического потенциала, подучив

Представление результатов

В качестве отчета необходимо представить все файлы результатов с построенными

силовыми линиями поля. Крома этого по пунктам задания, где это Требуется, построить

графики зависимостей сопротияления от изменения Голшины слоев покрытия. Сделать выводы об эффективности данного мегода контроля и сформулировать требования к

Исследование поля рассеяния трещины, расположенной под урлсьи к

поверхности ферромигнитной пластины

В магнитном неразрушаюшсм контроле ферромагнитных изделий при намагничивании постоянным полем в объекте контроля создают (с помошью, например, электромагнита, рис.3.1) поле напряженностью, достаточной для насышения материала

Рис. 3. Ь Схема нонптроля ферромагниспного обратил

11ри этом многие из реальных поверхностных дофсктов (трешин. плен, закатов) близки по

конфигурации к молельному дефекту в виде узкой косорасположенной шели, показанной

на рис. 3.2

Рис. 3.2. Схемашичесхий черпГеж ооъек па понспролн

Распознанный текст из изображения:

!!редставление резулы атов

Получение <н!анки глубины и угла наклона такого дефелга по топографии поля рассеяния вблизи поверхности предо!валяет большои практический инзерес для задачи магнитной лефектометрии. Очевидно. чзо инфорлзация о глубине и наклоне дефектна содержится в зопо!рафии касатшзьной и/или нормальной составляющих напряженносзи поля в ооласти пап дефектом.

Численные ~начинив компонентов маз нитного по:зя рассеяния поверхностных лефскзов полооных косорасположенной щели. могут быть получены решением соотвс~с1вуюшсй краевой шлачи с учетом ее физических особенностей в частности. геомезрии зрешины нелинеиности магнипзых свойств ферромагнитной пззасчины (во~важное~и насыщения матерна~а), условий ее намагничивания. также как и траектории перемещения измерительных датчиков Холла

На практическом занятии исследуется поле рассеяния трещины в ферромагнитной пластине конечной ширины при условии что трещина является сквозной в направлении оси г (рис. 3.2). то есть задача рассматривается как лвумериая. а поле намаз ничиваюшего усзройства залается либо магнизным потоком (разностью магнитного векпзрного потенциала на горизонтальных границах. если решать задаче как стационарную). либо пазенисм магнитного напряжения на рассматриваемом участке (разностью магии~ного скалярного по!енциала на вертикальных границах если решазь залачз как чагнитостатическузо).

Дла решения этой задачи с помощью программы )з!аяишп создано несколько молелей. сгй30.баз. сгй45.да!. сгй бвана! и сгй90.да(, Числа после символов сгй обозначают угол ме к*н поверхностью ооъекта контроля н направлениезз тре~ззипы. Пример одного из этих фай.юв показан на рисунке 3 3

Рис 33 Иоаезь юаани хан. Шазя трещины и Нэеррииаенитнач айваз е

Поле в обраше залается ма!нитным потоком. то есть залача рассматривается как стационарная. Датчик Хотша не влияет на распределение поля поэтому на модели он не июбражен. Все измерения пронзволятся в элементах сети расположенных в цепосрелсгвенной близости от поверхности образца (возможны изьзерения и с противоположной от лефекта стороны) !з1атериал объекта контроля нелинеен. поэтому гьзя определения его свойств необходимо пользоваться оиблиотекои магнитных характеристик матерна.юв В каждой модели предусмотрено ноша~ овос н !менение глубины трещины

Программа численных исследований

1. Д.ш трещины направленной пол углом 30' к поверхносзи (файл сгй30ма!). снять

зависимость показаний датчика Холла при сканировании им области нал дефектом

(получить графики касательной и нормальной составляющих магнитной индзъции

вдоль линии. расположенной на расстоянии ! мм нал поверхностью)

з Повторить пункт 1 лля файла сгй45.да!.

). Повторить пупкз ! лля файла сг1сббма!.

4 Повзорить пункт ! лля файла сг)с90ма!

Дзя люоого из файлов данных снязь пока~анна датчика Холла вдоль линии на противоположной оз зтефекта поверхностен ферромаз нитного оораша.

Дтя .тюбого из файлов данных иссле:зовагь в:зияние глубины лефекш на ~юка ~анин з!а ы!ика Хозша Повторить зкспериыент лля нескольких положений .м ячика на ! новсркно. !ьк) абра щи (2. 3 и 4 ым)

И«лилова~и ялинннс йкрромш линза~ о ма|ериала (чагнитной характеристики) на результат измерений

Сн Оцепить влияние величины шлаваемого магнитного позока на результаты

(решить задачу лля ненасыщенного состояния ззат риала и;ьш случая глубоко~ о ш о

насыщения).

В качестве отчета необхолиыо прелставить все ползченные файлы результатов с построенными силовыми линиями поля Все полученные швисимости необходимо оформить и вила соответствующих графиков. В заключение незюходимо слелать выводы о влиянии угла нак.юна и глзбины зрешин на распределение поля. а !акже об эффективности их контроля с помощью магниз но~ о мезозза

Распознанный текст из изображения:

Магнитопровод

Концентратор

Пластина датчика

Холла

Лабораторная работа №4

ПрОЕКГПггрО бапггЕ ПЕрВиЧНОгО ПрвабраЗОВангвегя В СисогЕМЕ МагНгвПНОгО

КОНП»гРО»7Я СгПОЛЬНЬ)Х гПРОСОВ

На прелприятиях, широко использующих подъемно-гранспортнос оборудование со сгальиыми тросами (лифты, подъемники в шахтах, портах), очень заинтересованы в магнитных дефектоскопах, позвогипопгих эффективно решагь проблему контра:гя потери сечения троса в результате обрыва части проволок, а также износа и коррозии. Сглна из возможных схем контроля показана на рис. 4.1.

22

Рис. 4. г Коне ярукция ареобразоватеяя

'кг!зг

С помощью электромагнита в контролируемом участке троса создастся постоянный

магнитный поток, насьпцающий ферромагнитный материал. Измерения производят.

используя специальный магнитный дифференциальный преобразователь с датчиком.

Конструкция преобразователя показана на рис. 4.2.

дА 1дА д'А А

г' + г-г= ггг. дг' Г ог дх' Г

на рис. 4.3.

17

1б

»

Рис. 4 Л Схема коногрояя

Н аиагиичиваюшее

устройство Преобразователь с

датчиком Холла

При отсутствии дефекта магнитный поток, проходящий через левуто часть

магнитопровода и концентратор, равен потоку, входящему в концентратор со стороны троса и замыкающегося через правуго часть магнитопровода. Суммарный поток,

пронизывающий пластину датчика Холла, укрепленного на торце концентратора, равен нулю, что отражается в показании прибора. Если же в тросе появится дефект, то равенство потоков нарушится, и сигнал на выходе датчика Холла будет информировать о

нарушении однородности материала.

В цилиндрических координатах плотность электрического тока Ю (А/м ) и вектор

г

магнитного потенциала А 1йб/м) имеют составляю»дне только вдоль направления О,

поэтолгу их можно рассматривать как фугпшии только Я и Х. В этом случае задача может

быть описана дифференциальным уравнением Пуассона:

где гг — абсолютная магнитная проницаемость (Ггцм).

Задача рмггается с помощью программы Маяэгпщ, используя уже созданные

модели в файлах Мя!.йаг и Цв2.баг. Изображение, которое появится на экране после загрузки файла ггя1ааг, показано

Распознанный текст из изображения:

(для трех положений).

(х

Рис 4 У зтооезь позво.зяюизая иссзеоова.пь азияние оеазек яов но показания баюкала

Г помощью этого файла можно исследовать зависимость глубины залегания дефекта на пока~анна дазчнка. моделировать его перемещение. а также задавать раз.личные магнитные характеристики иатсрнатов ззя всех объектов области исследования Обратить внимание. что в обоих файлах свойства матсрната троса нелинейны, поэтому изменять ча~сриал можно только с использованием библиотеки мю нитных характеристик

(л1озе.~ъ в файле (гъ2иаг несколько отлнчаезся от предыдъшей (рнс. 4.4)

' фяй „ь ~~".У$Ф '.4й' )(фх " .р ЯЯИ

Рис 44 (4огзезь, позвозякззиоя игсзеаовозяь взияние конг,нр,кики преоброзоаиюезя

В згом файле можно провести исследование влияния конструкции преобразователя на чувсзвнтсльносгь к дефекту. (л!олеззъ позволяет изменять размеры и форму магннтопровода. концентратора. нх магнитные свойства. Также можно исследовать

влияние заюра (между преобразователем и гросом) на показания датчика дефект шдаезся в форме мер-функции (обрыв проволоки в центре дает максимальный сигнал

датчика) н пожег иметь раз.винную глубин> зюзсз ания

В обеих моделях пластина датчика Холла не изображена, так как она не влияег на распрелеление поля Показания получают измерением величины нормазыюй составляющей вектора индукции в одном из элементов сети, непосредственно прилегающих к головке концентратора (рис. 4.2).

Программа численных исследований

1. На модели файла гга14)аг получить зависимость показаний датчика от глубины залегания дефекта (решить залачу ддя трех глубин).

2. На модели файла 1гз14)аг построить кривую. характеризующую показания датчика при движении относительно него поверхностного дефекта (решить задачу для четырех положений дефекта).

3. Используя модель файла ггя14)а1, построить кривую, характеризующую показания датчика лля движущегося относительно него полповерхностного дефекта

4 На модели файла 1га1.бат исследовать влияние материала троса на показания датчика (взять иатериал, магнитные свойства которого значительно отличаются).

5. Используя модель файла 1га24)аг, исследовать влияние величины зазора мевшу преобразователем и тросом на показания датчика (решить задачу для трех ве.шчин зазоров).

6. на модели файла пв24(вг исследовать влияние формы концентратора на сигнал от дефекта (реализовать трн различных варианта формы концентратора).

7. Используя модель файла 1га2мат, исследовать влияние конструкции магиитопровода на сигнал от дефекта (реализовать зри различных варианта магнитопровода).

Представление результатов

В качестве отчета необходимо представить файлы результатов с построенными

силовыми линиями поля. Показания датчиков должны быть оформлены в виде графиков

от координаты дефекта относителъно преобразователя. Кроме этого, отчет должен

содержать физическое объяснение полученных результатов, выводы об эффективности

применения магнитного метода контроля тросов и оценку влияния мешающих факторов.

Распознанный текст из изображения:

дА 1дА дА А

нз.

г дг дз' г

Лабораторная работа №5

Датчик Холла

ФВ!

гз'2б

Риг 5 ' Геочегпркя пгслгф гной оозчсп|к

20

Оценка обьема магнепгигпных образований в зоне гпруб

ПаРОгЕНЕРагПОРОВ МагНитНЫМ МЕГПОдОМ

Методы неразрушаюшего контроля и диагностики играют большую роль в обеспечении безопасности и надежности различных компонснтов атомных электростанций. Одной из важньп пракпгческих задач является контроль целостности технологического зазора между поддерживающей плитой из углеродистой стали и трубой из материала инконель. Возникновение такого рола дефектов обусловлено скоплением продуктов коррозии, преимутцественно магнетита, в этом зазоре. Па практике контроль наличия и оценка объема мапгетитных образований осуществляют с помощью магнитного метода (рис. 5З).

зчп~гчпы ~ ч *

Устройство

тРгба,'г1 - э'. " ~Г- намагничивания

Рис. 5.1. Схезга копгпрозя чзгпггпи па в зоне гпруоьг

В полость трубы вводится намагничиваюпгес устройство, на торце магнитопровода которого рядом с обмопсой крепится датчик Холла. Вся эта конструкция персмешаезся внутри трубы, а показания датчика записываются. В зоне зазора с магнегитом сигналы возрастают, и по полученным кривым можно сулить о степени заполнения зоны зазора.

В цилиндрических координатах вектор плотности электрического тока

намагничивания 3 (А/м') и вектор магнитного потенциала А (Вбгм) имеют единственную

составляющую влоль направления В, гюэтому их можно рассматривать квк скалярные

функции координат В и 7.. В этом случае задача может быть описана лвумерным

дифференциальным уравнением Пуассона:

где гг — аосолютная магнитная проницаемость (Гиги)

джо уравнение решается метолом конечных элементов с помощью программы

51ак.'~шп Для этого залачу необхолимо представить в виде осесимметрнчнои мо.зели

одного и з продольных сечений системы (рис. 5 2)

Все размеры приведенные на рисунке. соответствуют реально используемым установкам !1редположение осесиммшричностн модели позволяет рассматривать распределение поля как симметричное относительно цен гральной оси поз~сну достаточно провести расчет только лля половины области. Для прозралгмы Ыайншп конечно-элементная чолегь задачи создана и хранится в файле шавзгаг. Изображение на экране дисплея после загрузки этого фай.~а пока ~ано на рисунке 5 3

Распознанный текст из изображения:

иий

Рис 5 .~. Моогль эапочи хоншроля магвсллсвл

Представление результатов

полл рживаюшей плиты н мвз нстнга

зт

23

Предполагается. что датчик Холла нс влияет нв распределение магнитного поля.

поэтому в чолсли он не нзооражен. Его показания опрелеляются величиной нормальной составляющей вектора мазнигнон индукции в элементах сети прилегающих к горцевой поверлпосги магннтопровола (рис. 5 2) Сетка конечных элемевзов позволяет

"персмсшатзл намагннчивакцпсе устройство с укрепленным на цсч лагчиком вдоль грубы и и:менять его размеры. Модель позволяет оценить влияние харакзеристики материала люоого нз ооъектов в области нсслелования, получить зависимость показаний летчика от

объема образовавшегося чагнезнза как на торцевой плоскости поддерживающей плиты.

тэк и в зазоре а также е~ о магнитных свойств

Про) рамма численных исследований

Для исходного положения усзройсгва в трубе получить швиснмосзь сигнала

датчика от объема магнетита на торцевой плоскости пощзсржнввюпзей плиты

включая случай козла магнетнз отсчтствчст.

Для исходного положения полъчить зависимость сигнала датчика от степени

заполненности магнетитом ~азора между поддерживающей плитой и зрубои. Получить зависимость показаний датчика о~ магнитных свойств

Для фиксированного положения датчика исшзедовать влияннс тока в обмотке на

распределение поля. Смоделировать перемещение устройстна вдоль трубы и получить график

зависимости сигнала датчика от его положениа в отсутствии магнетита. Получить график зависимости показаний датчика от положения в трубе при

максимальном объеме магнетита на торцевой плоскости поддерживающей плиты. Получить сзп пал датчика пр сканировании зоны с наличием магнетита во всем

зазоре между поддерживаклцей трубой и плитой.

Я. Сшенить влияние магнитных своиств поддерживающей пдиты н магнетита на

форму сигнала датчика при перемещении его вдоль трубы.

9. Для фиксированного зазора между датчикои и трубой оценить влияние размеров намв~ ничивающего устройства (его обшей длины, а также ширины наконечников) с целью оценки чувствительности к наличию магнетита.

В качестве результатов выполнения работы необходимо представить полученные файлы результатов и картинки распределения поля в РСХ-формазж В пунктах задания, где требуется получить графики, после каждого пересчета задачи записывать значение радивлъной составлязощей магнитной индукции поля в каждом из четырех элементов сстн, прилегающих к боковой поверхности каркаса (т.с. там, где наклеена пластина датчика Холла). На основе полученных данных построить требуемые зависимости и представить их в качестве отчета вместе с соответствующими таблицами. Кроме этого, в отчете необходимо дать физическое объяснение полученным результатам, сделать выводы об эффективности применения метода контроля и оценить втняние мешающих факторов.

Распознанный текст из изображения:

од 1дА дА А

— — —, — — рд э гвзоцА. дг' г дг дх г'

Лабораторная работа Мб

г»

1!оддсря и

ьты

тр

иальныи гатзиь

)ог 'з )

гр(з б

Риг б ' Геоив;прин иозасгпи нон»|роля

24

Конгггро.гь сосзаояная мегггаг.га труб парогенерпгноров с

ггсгго.гьзовпнггед! нрохсооныхс вихре!Кодовых ггреобразоваггге.гегг

Одной из практических проблем лиагностики отдельных компонентов атомных электростанций является контроль целостности геплообиенных труб парогенераторов в области зазора меяслз ней и подлерживаюшей плитой из углеролистой стали а также обнаружение надломов в плите. Причиной дефектов могут служить коррозионные обраювания и локальные мехапические напряжения в юой юне )Згагнитныс метолы контроля не позволяют получить полино информацию о состоянии мета:па конструкции. так как имеют низкую выявляеиость дефектов в трубе и полдерживаюшсй плите На практике получили широкое применение вихршоковые методы контроля теплообменньзх зрзб проходными преобразователями (рис. 6 1).

Рис б г ( те ии нонзпрз зн пр) и пириеенертпвров и' 'ЭС витгзе понпвмжи пр«ипрп «звителяжи

В полости трубы перемешается дифференциальный вихретоковый преооразователь. показания которого записываюзся и зазем оорабатываются По полученным графикам сулят о степени дефектности конструкции и лаже (в современных компьютеризированных установках) о парамеграх дефектов.

В цнлинлрических координатах плотность злектрическ<зз о гока 3 (Агм ) и вектор МаГНИтНОГО ПОтсицнапа А (газ(И) ИМЕЮТ СОСтаапяЮШИС ТОЛЬКО ВДОЛЬ аэниутаЛЬНОГО направления 8, поззому их можно рассматривать как функции дишь коорлиназ К и Х. В з~оьз ел«час гадача описывается двумерным дифференциальным уравнением Гельмгольца

гле ц — абсолютная маз нитная проницаемость (Гиги). о — электрическая проводимость

(Сигм). ы — круговая частота (Рад!с).

Это уравнение решается лзетолом конечных элементов с помошькз программы

Май(»ипз. Залача прелставляезся в вилс осесимме1ричной молели одного из продольных

сечений конструкции рассма ~риааемой системы (рис 6.2)

Конечно-элементная модель уже создана и хранится в файле гцьлгаг. Изображение на

экране лисп.юя после загрузки этого файла показано на рис. 6 3

Распознанный текст из изображения:

10.

Представление результатов

2б

27

Рис 6.3 Модвзь эаовии вихре;пикового лоитроэв

Дифференциальный вихрстоковый преобра юватсль залается в программе Маб)ч шл с помошью специальной процелуры в Препролессоре. Сеть из конечных ~лементов позволяет перемешать латчнк влоль трубы таким образом. чтобы его положение всегда соответствовало расстановке узлов. После кажлого перемешения датчика сеть исчезает. поэтомл ее необхолимо экспортировать из исхолного файла ланных с помошью команды Ехроп Ь!опель позволяез оценить влияние свойств материала побого из объектов в области исслелования. гзолучнзь зависимость сигнала датчика от величины н формы дефектов в трубе нли плите. а также от изменения толщины трубы н размеров пол.!ержнваюшей плиты. частоты тока питания и геометрических размеров датчика.

Программа численных исследований

Получить зависнмосзь показаний лифференпиального латчика (в форме з олографа вносимого напряжения) при сканировании им о бластн поллерживаюшей плиты при условии отсутствия лефектов (при частоте ! кГп).

Получить сигнат латчнка зля максимально возможного лефскта в трубе. расположенного пол плитой (прн частоте 1 кГп).

Исслеловать влияние частоты тока на сигнал латчика при отсутствии дефектов (сравнить с результатами пункта 1)

Исшзез!овать влияние частоты тока на сигнал датчика лля максимального лефеиза в трубе (сравнить с резулыатами пункта 2).

5 Для фиксированного по.зожения датчика в трубе (вблизи плиты) определить влияние глубины дефекта в трубе на величину лействительной и мниьюй составляюшнх сигнала.

6. Для фиксированного положения датчика в трубе (вблизи плиты) опрслелить влияние размеров дефекта в плите на величину лейшвительной и мнимой составляющих сигнала.

7. Дла трех положений датчика в трубе (впали от плиты, вблизи и ровно пол плитой) определить влияние величины магнитной проницаемости плиты (принять Р равным 50. 200 н 500) при о гсутствни лефектов.

8. Для трех положений лагчика в трубе (как в прелылушем пункте) определить влияние величины мшнигной проницаемости ллнгы (принять )г равным 50, 200 и 500) при максимально возможном лефскте в трубе.

Исслеловазь изменения в показании датчика (как в пункте 7) в зависимости от

частоты тока возбуждения (принять частоту равной 1. 10 н 100 кГц)

Для фиксированного положения датчика в зрубе (вблизи плиты) определить влияние толщины трубы на величину лейсзвнттьзьной и мнимой составляюших сигнала (при частоте 1 кГц).

Для фиксированного положения датчика в зрубе (вблизи плиты) опрелелить влияние иэиенения профиля трубы на величину действительной и мнимой составлякллих сигнала (цри частоте 1 кГл).

В качестве огчеш о проявленной работе представить полученные файлы с результатами расчета и картины распрелеления силовых линий поля в РСХ-формате. В пунктах залання, гле требуется построить голографы, лля каждого варианта расчета (конкретного положения латчика в трубе) фиксировать показания датчика и на основе полученных данных построить нсоохолимые зависимости. Кроме этого. в отчете необхолимо дать физическое объяснение полученным результатам, слелагь выводы об эффективности применения вихретокового метола контроля н оценить влияние мешаюших факторов.

Распознанный текст из изображения:

Содержание

Введение.

иагнитного контроля стальных тросов" ...

.1б

парогенераторов магнитным методом"

.20

.......... 24

Редактор В. П. Лунев

(Кафедра мзектротехзшкн и нпзроскопии)

Редаатор издательства Л. Т. Васильева

Формат 60х84216

Лабораторная работа 14а 1 5Получение калибровочных зависимостей при измерении

глубины трошин электропотенпиальным методом" ...6

Лабораторная работа 2зь 2 "Исследование влияния различных факторов на измерение

толшины мсталлизации в отверстиях печатных плат" .

Лабораторная работа ге 3 "Исследование поля рассеяния трешины, расположенной

под углом к поверхности ферромагнитной пластины

Лабораторная работа зй 4 "Проектирование первичного преобразователя в системе

Лабораторная работа гв 5 "Оценка объема магнетитных образований в зоне труб

Лабораторная работа зчз 6 уаонзроль состояния металла труб парогенераторов с

использованием проходных вихретоковых преобразователей" ..

Ваяернй Павдоввч Лунев

Сергей Вячеславович Кирсанов

Армм Алексвюревич Иванов

Лабораторные работы на ПЭВМ по курсу

"Численные модена и кампьзотериее проектирование в литроекопви".

Темплан издания МЭИ 1996 г., Подписано к печати

Физ. печ. л. 1,75

Тр 56 Изд Уй