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1、毕业设计（论文）开题报告题目磁法检测合金钢有限元分析 专 业 名 称 测控技术与仪器 班 级 学 号 学 生 姓 名 填 表 日 期 2015 年 4 月 9 日说 明开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。1、 选题的依据及意义钢及铝合金在航天、航空、交通运输等众多领域被大量采用，为保证其应用安全，相应的质量控制需求越发突出。尽管铝合金材料无损检测技术已有广泛研究，如超声、射线和涡流检测技术等，但这些方法都存在诸多问题，不能很好地满足铝合金材料的检测。地磁场磁法检测速度快
2、、非接触、单向检测，适合于任何金属和非金属材料，利用ANSYS软件建立磁法检测合金钢模型，检验仿真方法的正确性，分析不同缺陷尺寸对仿真结果的影响，为磁法检测合金钢的机理提供参考依据。有限元法又作为一种强有力的工程分析方法被广泛地应用于各种研究领域,因此,有限元分析已成为计算机辅助设计的一个重要组成部分。目前,国际上己有一些非常著名的有限元软件,如ASKA、ANSYS、NASTRAN等，其中ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件。ANSYS软件为解决复杂的工程项目提供了一个良好的工作环境，更使人们从繁琐、单调的常规有限元编程中解脱出来，非常适合快速、有效地分析
3、某些电力设备的电磁场。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）磁法检测技术以其检测速度快、操作简便等优点在铁磁材料检测领域得到了广泛的应用，但目前的研究成果大部分局限于对材料缺陷的定位和定量，在缺陷的定性方面却分析较少。国外在对磁法主动性检测中的漏磁检测研究较早，至今已有 80 余年的发展历史：上个世纪 30 年代初，Zuschlag 等人首次通过在磁化钢体上涂撒磁粉，从而显示缺陷处产生的漏磁变化来检测缺陷，但该方法一直未被采用；五十年代中期，德国 Forster 博士把漏磁检测技术引入到工业生产之中；1975 年，Hwang 和 Lord 首次运用有限元分析的方法，以电磁学中的麦克斯韦方程
4、组作为理论基础，分析计算了漏磁场的各项参数，列出任意点的磁势方程，从而把材料缺陷处的漏磁场与磁导率的幅度值联系起来，最后求出漏磁场的分布。1986 年，Edward 和 Palmer 通过分析计算无限长板体的表面裂纹模型，验证了Hwang 和 Lord 的有限元分析方法的正确性。 在国内的磁法主动性检测方面：1980 年，张济世等人使用有限元方法对钢体表面裂纹漏出的磁异常进行了计算，并建立了漏磁信号模型；1985 年，于轮元等人也同样使用有限元方法对钢体近表面和表面的典型缺陷漏磁场进行了计算，并针对缺陷本身的参数、形状等对漏磁场的影响进行了研究。到目前为止，国内很多学者已从不同角度解释了磁记忆
5、效应的产生机理，较为常见的是：电磁感应学说，这是从电磁学角度出发研究的，铁磁性材料某些部位在一定方向的应力作用下可能发生应变，在其垂直于地磁场方向的横截面积上通过的磁通量也会发生相应变化，由电磁感应定律可知，该截面上产生的感应电流激励出感应磁场，使得被检材料重新磁化；还有一种能量平衡说的阐述比较常见，这种学说是以铁磁学为基本理论的，在地磁场环境中给不均匀的铁磁性材料的组织结构施加应力，不均匀处出现的滑移运动便可能会引起位错的增殖，引起高度的应力能量增加，又由能量平衡学说和铁磁学可分析，材料内部磁畴的畴壁因为能量的改变发生了不可逆的重新取向排列，即使动态载荷或应力消除后，磁畴组织也会保留下之前的
6、重新排列，并以漏磁场磁异常的形式分布，而且表现为法向分量过零值点且符号发生改变，并且磁场的切向分量为最大值。 三、研究内容及实验方案1、 研究内容地磁场磁法检测速度快、非接触、单向检测，适合于任何金属和非金属材料，ANSYS有限元分析软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，为解决复杂的工程项目提供了一个良好的工作环境，更使人们从常规的有限元编程中解脱出来，非常适合快速、有效地分析某些电力设备的电磁场。 2、试验方案利用ANSYS软件建立磁法检测合金钢模型，检验仿真方法的正确性，分析不同缺陷尺寸对仿真结果的影响，为磁法检测合金钢的机理提供参考依据。 2.1、试验设
7、备磁法检测仪、ANSYS有限元分析软件2.2、试验制备ANSYS有限元分析软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS公司开发,它能与多数CAD软件接口,是一个功能强大、使用方便的有限元分析软件。该软件主要包括三个部分:前处理模块、分析计算模块和后处理模块。利用ANSYS软件建立磁法检测合金钢模型，检验仿真方法的正确性，分析不同缺陷尺寸对仿真结果的影响，为磁法检测合金钢的机理提供参考依据。2.3、试验方法ANSYS软件包括7个菜单窗口：实用菜单、主菜单、输入窗口、图形窗口、输出窗口、工具杠、对话框。ANSYS软件的
8、功能主要由ANSYS的处理器来完成,ANSYS的处理器主要包括前处理器、求解器和两个后处理器及几个辅助处理器。在ANSYS的前处理器中主要完成的功能是生成有限元模型,设定元素属性和指定材料特性值,其中生成有限元模型可以通过实体建模的方法、直接建模的方法或者从CAD系统中传入实体模型。ANSYS求解器用于设定有限元模型的边界条件和施加载荷,然后进行求解运算,这是有限元分析的主要部分。ANSYS后处理器的主要功能是读取并以选定的方式输出分析结果,对分析结果进行误差分析,然后进行其它的相关运算。 确定ANSYS的坐标系和单位制 建立模型 选择单元类型 材料特性的定义 划分网格 施加边界条件和载荷 求
9、解 图1.ANSYS分析的基本步骤图四、目标、主要特色及工作进度 4.1、目标利用ANSYS软件建立磁法检测合金钢模型，检验仿真方法的正确性，分析不同缺陷尺寸对仿真结果的影响，为磁法检测合金钢的机理提供参考依据。采用有限元分析法对合金钢磁法检测的理论进行研究，通过有限元分析可以对各种情况下合金钢的模型进行仿真，掌握有限元分析软件ANSYS分析合金钢漏磁场的过程。 4.2、主要特色地磁场磁法检测速度快、非接触、单向检测，适合于任何金属和非金属材料；ANSYS软件为解决复杂的工程项目提供了一个良好的工作环境，更使人们从繁琐、单调的常规有限元编程中解脱出来，非常适合快速、有效地分析某些电力设备的电磁
10、场。 4.3、工作进度1、资料收集，英文翻译，开题报告撰写 3月9日-4月10日2、熟悉地磁场磁法检测原理和特点 4月11日-4月17日3、掌握地磁场磁法检测合金钢有限元分析方法 4月18日-4月24日4、有限元分析、信号处理 4月25日-5月22日5、分析方法改进 5月23日-5月29日6、论文撰写与答辩 5月30日-6月26日五、参考文献1张红松. ANSYS 14.0电磁学有限元分析M. 北京：机械工业出版社，2013.2余婷. 利用地磁场检测钢球表面裂纹的可行性研究J. 无损检测，2001,23 (8):330-333.3鞠伟. 磁法检测成像技术研究D.南昌: 南昌航空大学，2011.
11、4徐凌华. 基于有限单元法的二维/三维大地电磁正演模拟策略J. 物探化探计算技术, 2009, 31(5):421425.5曲利岩.电磁场有限元分析技术的研究和实现D.浙江：浙江大学，2002.6于润桥.铁磁性材料磁法检测缺陷的2维成像J.南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，2012，36(2):13.7李慧琴.铁磁材料磁检测方法中定量检测的研究与实现研究D.宁波宁港永磁材料有限公司，2013.8杨林.基于的漏磁检测有限元分析系统D.湖北：湖北工业大学机械工程学院，湖北省现代制造质量工程重点实验室，2012.9李伟.基于脉冲漏磁原理的钢板裂纹缺陷检测有限元分析J.无损检测科技成果与学术交
12、流，2013，35(7):17.10申庆微.基于有限元法的管道漏磁检测方法研究D.山东科技大学，2009.11周奇.基于有限元分析的螺纹漏磁检测方法研究D.华中科技大学，2006.12左建勇.漏磁法测量钢板厚度的有限元分析D.上海交通大学电子信息学院, 精密工程及智能微系统研究所,2003.13 穆新华,游忠庆,蒋忠玮.计算三维静磁场的波阵有限元技术J.电工技术学报.1989,12(02):13-19.14 刘卫国,李忠明,李生晋.稀土永磁直流电动机三维静磁场分析J.微电机.1992,25(01):15-1815 李运乾,樊明武.用基于等参单元的双标量位法来计算三维静磁场J.哈尔滨电工学院学报
13、.1993,16(03):228-234.16 姚陶生.ANSYS有限元分析软件在机车主发电机电磁场分析中的应用J.内燃机车.1999,300(02):2-6.17 胡晶晶,李娟.ANSYS有限元分析在电磁学仿真实验中的应用J.常州工学院学报.2013,26(01):23-27.18 周国华,肖昌汉,刘胜道,高俊吉.基于六面体单元表面磁场积分法求解三维静磁场J.电工技术学报.2009,24(03):3-7.19 陈齐一,林金铭.边界元和有限元方法的结合及其在永磁电机三维非线性静磁场计算中的应用J.大机电技术.1985,63(06):25-28.20 A. Dubov. Principle features of metal magnetic memory method and inspection tools as Compared to known magnetic NDT methodsJ. CINDE Journal. 2006, 27(3): 16-20.21S.K. Baik.Magnetic field analysis of high gradient magnetic separator via finit
