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A.2 管道漏磁内检测缺陷漏磁场二维ANSYS仿真A.2.1问题描述管径为377mm，管壁厚度为8mm，对于二维几何模型来讲，管道检测装置是一个完全轴对称的图形，只需要建立1/4实体模型。
模型包括管壁、磁化器、永磁体、钢刷和轭铁。
图A.1中A1表示内缺陷的实体，深50%，长2cm，处于两个磁极中间；A2、A4为永磁体，厚3cm，长8cm，矫顽力为896000Oe，相对磁导率为1.05；A3、A5为钢刷，厚5cm，长8cm，相对磁导率为186000；A7为轭铁，厚2cm，长36cm，相对磁导率为186000；A10为管壁，厚8mm，长46cm，采用X52号钢，它的磁特性如表4.2成非线性，B-H曲线如图4.2所示；A6、A8、A9为空气域，是由包围检测装置和管壁的空气域分割而成，管壁外取5 cm宽的空气域，空气的相对磁导率为1。
图A.1实体模型以Y轴为对称轴（管壁轴向延伸方向），坐标原点取在管道中心，建立仿真模型。
A.2.2 ANSYS仿真GUI（图形用户界面）操作方法1. 创建物理环境（1）过滤图形界面GUI：Main Menu> Preferences，弹出图A.2界面对话框，选中“Magnetic-N odal”（磁场-节点分析），对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。
图A.2过滤图形界面（2）定义工作标题Utility Menu>File>Change Title，在弹出的对话框中输入“MFL Analysis”，单击“OK”，如图A.3所示。
图A.3定义工作标题（3）指定工作名Utility Menu>File>Change Jobname，在弹出的对话框中输入“MFL_2D”，单击“OK”，如图A.4所示。
图A.4指定工作名（4）指定工作目录Utility Menu>File>Change Directory，弹出“Change Working Directory”对话框，选择（建立）工作目录“E:\MFL_ANSYS”，单击“确定”，如图A.5所示。
管道内外壁缺陷的漏磁检测戴光;吴忠义;朱祥军;杨志军;刘玉琢【摘要】为了更好地进行现场检测及缺陷定量分析,并探究缺陷类型及深度对漏磁场信号的影响,根据标准NB/T 47013.12-2015制备管件校准试件、对比试件和裂纹试件.利用可变径管道外壁的漏磁检测仪器对存在点蚀、裂纹等缺陷的38.1,50.8,76.2,101.6 mm 共4种管径的试件进行漏磁检测.结果表明,管外壁缺陷漏磁场信号强于内壁缺陷信号,内外壁漏磁场信号均随缺陷深度的增加而增强,槽形缺陷的漏磁场信号强于球形缺陷的漏磁场信号.%In order to better undertake field detection and quantitative analysis of defects,it is urgent to explore the effect of the type and depth of defects on the leakage magnetic field signal.According to the standard of NB/T 47013.12-2015,the pipeline calibration specimen and the contrast specimen and the crack specimen were prepared. The diameter-variable magnetic flux leakage testing device outside pipeline was carried out on the pipe diameter of38.1,50.8,76.2,101.6 mm,which were small defects such as pitting and crack.The experimental results show that the leakage magnetic field signal of the outer wall defect is stronger than that of the inner wall;the leakage magnetic field signal of the inner and outer wall is enhanced with the increase of the defect depth;the leakage magnetic field signal of the groove defect is stronger than that of the spherical defect.【期刊名称】《无损检测》【年(卷),期】2018(040)003【总页数】6页(P19-23,28)【关键词】管道;漏磁检测;缺陷;定量分析【作者】戴光;吴忠义;朱祥军;杨志军;刘玉琢【作者单位】东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318;东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318;中石油川庆钻探工程有限公司安全环保质量监督检测研究院,广汉618300;东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318;东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TG115.28管道运输已成为石油和天然气传输的首选方式，在国民经济发展的运输任务中起着不可替代的作用[1]。
管道内壁缺陷漏磁信号的ANSYS仿真与分析
汪友生;梁策
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2005(13)3
【摘要】漏磁探伤法所检测到的缺陷除了可能是内表面或外表面、纵向或横向这些属性之外,它还有分等级的问题,即可能是一个导致管道报废的缺陷,也可能是一个不影响使用的"合格"缺陷,这要求检测系统有自动识别的功能.以管道内表面缺陷作为研究对象,利用有限元分析软件作为仿真分析工具,对不同内表面缺陷所产生的漏磁信号进行仿真分析,仿真结果表明,不同缺陷所产生的漏磁信号不同,缺陷的参数与其所产生的漏磁信号的参数之间有一定的对应关系,通过大量的模拟仿真数据和实测数据可找出这种对应关系,从而为缺陷的鉴别和管道使用寿命的评价提供依据.【总页数】3页(P273-275)
【作者】汪友生;梁策
【作者单位】北京工业大学,电子信息与控制工程学院,北京,100022;北京工业大学,电子信息与控制工程学院,北京,100022
【正文语种】中文
【中图分类】TP274
【相关文献】
1.管道漏磁检测缺陷信号的仿真分析与量化模型 [J], 丁战武;何仁洋;刘忠
2.钢管表面缺陷漏磁场与漏磁信号分析 [J], 蒋奇;王太勇;刘秋宏
3.检测管道内外壁缺陷漏磁信号所产生漏磁场的仿真与分析 [J], 林汉阳
4.天然气管道内壁缺陷形状的漏磁场分布特征及检测 [J], 杨杨;谢维成;张均富;郭晨鸿;王秀伟
5.管道环焊缝缺陷漏磁检测信号仿真分析 [J], 苏林;成文峰;刘保余;徐杰;宋威因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
摘要介绍了使用ANSYS软件对油田注水管道内的感应磁场进行仿真分析的方法。
利用ANSYS软件的特点，通过APLD语言，建立了大量的管道及线圈有限元模型，并对各种实际工况进行分析和求解，提高了效率及准确度。
通过对实际管道进行仿真，建立了管道周围的交变电磁场分布模型，同时也论证了采用ANSYS软件在实际工程中进行仿真分析的优越性。
关键词电磁场有限元仿真分析管道1 前言在油田生产中，注水管道一旦产生结垢沉积，其危害是相当大的。
电磁防垢技术具有不需添加化学药剂，不需拆除管道，磁场强度可操作调节等优点。
将电磁防垢技术应用于油田注水管道前景广阔。
对于恒定磁场，磁场强度的大小直接影响到防垢效果，而对于交变磁场的感应磁场强度目前无法测量。
本文主要利用ANSYS软件对交变电磁场进行分析，仿真管道内的磁场强度及其分布情况，从而有利于设计高效、实用的电磁防垢系统。
ANSYS软件在实际工程中的应用非常广泛，它强大的分析功能及处理、求解功能给人们的工作学习带来极大的方便，提高产品加工质量，缩短了设计周期。
本文主要是针对油田注水管道及其外部缠绕的线圈进行建模，分析线圈在管道内产生的感应电磁场。
由于各种管道的工况条件不同，所缠绕线圈中电流的变化不同，如果使用物理方法进行模拟仿真，不但操作复杂而且仿真精度差。
因此开发出一个基于ANSYS 环境的管道系统模型，在此基础上加载线圈电流，进行求解分析，便可完成全部计算及仿真。
该仿真使用APLD命令流完成从建模到求解的全部过程。
2 管道模型的建立建立三维有限元模型分析磁场。
由于ANSYS可以针对三维静态电磁场分析，以宏模式预创建过程完备的线圈，无须考虑时间轴，因此可以选择三维静态电磁场分析某一时间点处管道内的磁场分布特性。
自顶向下进行实体建模，定义柱体作为基元，利用基元直接构造几何模型。
创建模型时注意管道外的线圈应为无缝隙密布排列，否则将会存在严重的漏磁现象，影响实验结果。
其命令流如下所示：/prep7CYLIND,0.5,0.4,-1,1,0,360,CYLIND,0.4,0,-1,1,0,360, ！建立管道圆柱模型FLST,2,2,6,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-2VGLUE,P51XRACE,0.51,0.51,0.5,150,0.02,0.6, , , '111' ！建立线圈模型GPLOT3 网格划分在单元类型分配时选择管道材料的单元型为SOLID98—Scalar专用的三维单元类型。
A.2 管道漏磁内检测缺陷漏磁场二维ANSYS仿真A.2.1问题描述管径为377mm，管壁厚度为8mm，对于二维几何模型来讲，管道检测装置是一个完全轴对称的图形，只需要建立1/4实体模型。
模型包括管壁、磁化器、永磁体、钢刷和轭铁。
图A.1中A1表示内缺陷的实体，深50%，长2cm，处于两个磁极中间；A2、A4为永磁体，厚3cm，长8cm，矫顽力为896000Oe，相对磁导率为1.05；A3、A5为钢刷，厚5cm，长8cm，相对磁导率为186000；A7为轭铁，厚2cm，长36cm，相对磁导率为186000；A10为管壁，厚8mm，长46cm，采用X52号钢，它的磁特性如表4.2成非线性，B-H曲线如图4.2所示；A6、A8、A9为空气域，是由包围检测装置和管壁的空气域分割而成，管壁外取5 cm宽的空气域，空气的相对磁导率为1。
图A.1实体模型以Y轴为对称轴（管壁轴向延伸方向），坐标原点取在管道中心，建立仿真模型。
A.2.2 ANSYS仿真GUI（图形用户界面）操作方法1. 创建物理环境（1）过滤图形界面GUI：Main Menu> Preferences，弹出图A.2界面对话框，选中“Magnetic-N odal”（磁场-节点分析），对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。
图A.2过滤图形界面（2）定义工作标题Utility Menu>File>Change Title，在弹出的对话框中输入“MFL Analysis”，单击“OK”，如图A.3所示。
图A.3定义工作标题（3）指定工作名Utility Menu>File>Change Jobname，在弹出的对话框中输入“MFL_2D”，单击“OK”，如图A.4所示。
图A.4指定工作名（4）指定工作目录Utility Menu>File>Change Directory，弹出“Change Working Directory”对话框，选择（建立）工作目录“E:\MFL_ANSYS”，单击“确定”，如图A.5所示。
图A.5指定工作目录（5）定义单元类型和选项GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，弹出“Element Types”单元类型对话框，如图A.6（a）所示。
单击“Add …”按钮，弹出“Library of Element Types”单元类型库对话框，如图A.7所示。
在该对话框左面滚动栏中选择“Magnetic Vector”，在框右面滚动栏中选择“Vect Quad 4nod13”，单击“OK”，定义了“PLANE13”单元，如图A.6（b）所示。
（a）（b）图A.6 单元类型对话框图A.7单元类型库对话框在“Element Types”对话框中单击“Options”按钮（如图A.6（b）所示），弹出“PLANE13 element type options”单元类型选项对话框，如图 A.8所示。
在“Element behavior”后面的下拉式选择栏中选择“Axisymmetric”，将PLANE13单元属性修改为轴对称，单击“OK”退出此对话框，得到图A.6（b）所示的结果。
最后单击“Close”，关闭单元类型对话框。
图A.8单元类型选项对话框（6）定义材料属性GUI：Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Models，弹出“Define Material Model Behavior”对话框，如图A.9所示。
在右边的栏中连续双击“Electromagnetics>Relative Permeability>Constant”后，又弹出“Permeability for Material Number 1”对话框，如图A.10所示，在该对话框中“MURX”后面的输入栏输入“1”，单击“OK”。
至此完成了相对磁导率为的1号材料的定义，用于空气域和缺陷。
单击“Material>New Model”弹出“Define Material ID”，在“Define Material ID”后面输入材料号为“2”，如图A.11，单击“OK”。
在“Define Material Model Behavior” 对话框中左边栏单击“Material Model Number 2”，在右边的栏中连续双击“Electromagnetics>Relative Permeability>Constant”后又弹出“Permeability for Material Number 2”对话框，在该对话框中“MURX”后面的输入栏输入“1.05”，单击“OK”；继续在右边的栏中连续双击“Electromagnetics>Coercive Force>Constant”后又弹出“Permeability for Material Number 2”对话框，在该对话框中“MGXX”后面的输入栏输入“896000”，如图A.12所示，单击“OK”。
至此完成了相对磁导率为的1.05，矫顽力为896000的2号材料定义，用于永磁体（N极）。
图A.9 定义材料属性对话框图A.10 定义相对磁导率 A.11 定义新材料图A.12 定义矫顽力单击“Edit>Copy”弹出“Copy Material Model”，如图A.13所示，单击“OK”，在“from Material number”栏后面下拉式选择栏中选择材料号为“2”；在“to Material number” 栏后面的输入栏中输入材料号为“3”。
，单击“OK”，把2号材料的属性复制给3号材料。
在“Define Material Model Behavior” 对话框中左边栏依次双击“Material Model Number 3”和“Coercive Force（const）”，在弹出的“Coercive Force for Material Number 3”对话框中“MGXX”后面的输入栏输入“-896000”，单击“OK”。
至此完成了相对磁导率为的 1.05，矫顽力为-896000的3号材料定义，用于永磁体（S极）。
图A.13 复制材料属性单击“Edit>Copy”，在“from Material number”栏后面下拉式选择栏中选择材料号为“1”；在“to Material number” 栏后面的输入栏中输入材料号为“4”。
，单击“OK”，把1号材料的属性复制给4号材料。
在“DefineMaterial Model Behavior” 对话框中左边栏依次双击“Material Model Number 4”和“Permeability（constant）”，在弹出的“Permeability for Material Number 4”对话框中“MURX”后面的输入栏输入“186000”，单击“OK”。
至此完成了相对磁导率为186000的4号材料定义，用于轭铁。
单击“Material>New Model”弹出“Define Material ID”对话框，在“Define Material ID”后面输入材料号为“5”，单击“OK”。
在“Define Material Model Behavior” 对话框中左边栏单击“Material Model Number 5”，在右边的栏中连续双击“Electromagnetics>BH Curve”后，弹出“BH Curve for Material Number 5”定义材料B-H 曲线对话框，如图A.14所示。
在H和B里依次输入相应的值，每输入完一组B-H值，点击右下角的“Add Point”按钮，然后继续输入，直到输入完足够的点为止。
最后获得如图A.14所示的15个点。
输入完材料B-H值后，可以用图形方式查看B-H曲线。
单击图A.14中的“Graph”，选择“BH”，便可显示B-H曲线，如图A.15所示。
图A.14 输入材料B-H曲线图A.15材料5的B-H曲线5种材料属性输入完成后，得到的结果如图A.16所示，最后单击“Material>Exit”结束。
图A.16 材料属性定义结果查看材料列表：Utility Menu>List>Properties>All Materials，弹出“MPLIST Command”信息窗口，如图A.17所示。
信息窗口列出了所有定义的材料及其属性，确认无误后，单击信息窗口“File> Close”关闭窗口。
图A.17 材料列表信息窗口2. 建立模型，赋予特性，划分网格（1）定义分析参数Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters，弹出“Scalar Parameters”对话框，如图 A.18所示。
在“Selection”输入行中输入“DEPTH=50”（缺陷深度50%），单击“Accept”。
然后依次在“Selection”输入行中分别输入“LENGTH=0.02”（缺陷长度2cm）和“T=0.008”（管壁厚度8mm），并单击“Accept”按钮确认，最后输入完成后，单击“Close”，关闭“Scalar Parameters”对话框，其输入参数的结果如图A.18所示。
（2）打开面积区域编号显示Utility Menu>PlotCtrls>Numbering，弹出“Plot Numbering Cnotrols”对话框，如图A.19所示。
选中“Area Numbers”选项，后面的文字由“off”变为“on”，单击“OK”关闭窗口。
图A.18 输入参数对话框图A.19显示面积区域编号对话框（3）建立平面（2D）几何模型①建立矩形区域GUI：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions，弹出“Create Rectangle By Dimension”对话框，如图A.20所示。
在“X-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.085”和“0.105”，在“Y-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.05”和“0.41”，单击“Apply”。
图A.20 生成矩形对话框在“X-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.105”和“0.135”，在“Y-coordinates”后面的输入栏中分别输入“0.05”和“0.13”，单击“Apply”。
