Pulse eddy current infrared numerical simulation method based on frequency domain superposition method and energy equivalent method is composed of degenerate magnetic vector potential method based on edge element, temperature field calculation method based on node element, frequency domain superposition method based on fast Fourier transform and energy equivalent method based on energy equivalent principle. Firstly, the relevant numerical simulation parameters are determined according to the pulse eddy current infrared nondestructive testing experiment, including the size of the excitation coil, the excitation waveform, the size of the tested sample, the material properties of the tested sample, the lift-off distance, etc. Then, the numerical calculation program of the pulse eddy current field is developed based on the degenerate magnetic vector potential method and the frequency domain superposition method, and the above-mentioned numerical calculation program is developed. Finally, based on the nodal element and energy equivalence method, the temperature field calculation program is developed, and the eddy current value in the tested sample is imported to calculate the temperature distribution in the tested sample.
【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及脉冲涡流红外无损检测信号数值计算领域,具体涉及一种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。
技术介绍
20世纪70年代末,红外摄像机的发展使直接检测大范围的温度变化成为可能。目前虽然热成像技术的激励源仍较多采用闪光灯等传统的激励方式,但新型的激励方式如:涡流激励和激光激励等方式也逐渐普及。其中脉冲涡流红外热成像技术因为其加热源与缺陷能直接相互作用的特点在很多方面得到了应用。使用脉冲涡流激励的试样的温度历史可分为加热和冷却两个阶段。加热阶段试样的温度变化取决于与涡流密度成正相关的焦耳热和热扩散,冷却阶段试样的温度变化仅取决于热扩散效应。由于在脉冲涡流红外热成像技术中采用的激励源形状比较复杂,当工程电磁场问题的计算规模又较大时,很难做到三维网格准确地与激励源的实体结构相吻合。另外由于脉冲涡流红外的激励具有激励时间短和激励频率高的特点,这使得传统的感应加热数值模拟方法对脉冲涡流红外数值模拟问题不再适用。退化磁矢位法使三维有限元网格不刻意追求逼近复杂的场源结构,而由另外的方法单独计算激励源所产生的磁场Hs和磁矢位As。因此当非涡流区存在形态复杂的激励源结构时,使用退化磁矢位法可避免对复杂激励结构进行三维网格剖分,减少网格量,从而降低计算成本;同时,避免由于网格与源结构实体间存在差异所造成的激励条件不准确带来的偏差,有效提高计算效率和计算精度。在脉冲涡流红外技术中,主要使用高频正弦电流作为激励源。通过离散傅里叶变换,激励信号可视为一系列具有不同谐波频率和振幅的正弦波的总和。基于这一原理 ...
【技术保护点】
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,
【技术特征摘要】
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;ωn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...
【专利技术属性】
技术研发人员:解社娟,仝宗飞,陈振茂,李旭东,孙祥,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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