电磁超声无损检测数值模拟方法及在TBC检测上的应用研究-硕士毕业论文.doc

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1、摘要硕士学位论文电磁超声无损检测的数值模拟方法及在TBC检测上的应用研究申请人：学科专业：力学指导教师：教授年月75摘要论文题目：电磁超声无损检测数值模拟方法及在TBC检测上的应用研究学科专业：力学申请人：指导教师：教授摘要电磁超声（EMA：ElectromagneticAcoustic）与传统压电超声同属于超声范畴。与传统的压电超声相比，电磁超声无损检测技术由于无需媒介及与被测物体接触，具有可灵活产生各类波形，对检测工件表面质量要求不高和检测速度快等特点，不但可提高检测效率，而且可将超声无损检测技术的应用扩展到高温、高速和在线检测。然而由于

2、电磁超声检测技术本身的复杂性，对其研究还有待进一步深入，限制了其进一步大范围应用。目前，对电磁超声的研究主要是采用试验研究和数值模拟的方法，而通过数值模拟技术，不仅可以更好的理解电磁超声产生的机理及其特性，更易发现新问题，为探头的优化设计和缺陷的定量分析提供指导，还能为相关新技术应用的可行性研究提供理论依据。本论文主要通过数值模拟的方法对电磁超声检测技术进行研究，并将电磁超声技术扩展到热障涂层（TBC）的无损检测中。主要内容是基于电磁场理论和波动方程，建立了一套电磁超声无损检测数值模拟计算方法，并开发相应的数值模拟程序；在此基础上，建立了一种

3、基于电磁超声技术的热障涂层系统局部界面裂纹的无损检测方法，并用所开发的数值模拟程序初步验证了该方法的有效性。具体包括：（1）建立了基于有限元理论的超声波数值模拟方法，同时为了降低计算过程中的计算量和存储量，提出了一种针对超声波有限元数值模拟的时域显式积分算法。通过理论分析和实际算例，证实了本文所提出的显式积分算法与传统有限元超声波数值模拟时域积分算法相比不但具有较高的计算精度，还能大幅度降低超声波数值模拟中所需的计算机资源。基于以上数值模拟方法和算法，利用Fortran语言自主开发了超声波检测二维和三维数值模拟程序，并通过理论分析和实验初步验

4、证了程序的可靠性。（2）推导了基于等效磁荷法永磁体磁场分布计算公式，根据公式分别计算了两种常见永磁体的磁场分布，并通过与已有结果进行比较，验证了该方法的可靠性和实用性。（3）结合前面的工作和已有的Ar法瞬态涡流场计算程序，建立了基于有限元理论的电磁超声无损检测数值模拟方法，利用Fortran语言开发了相应的数值模拟程序，并通过理论分析，对该数值模拟方法和程序的可靠性进行了初步验证。75摘要（4）将电磁超声无损检测技术应用到TBC热障涂层的检测，提出了一种针对热障涂层界面微裂纹的电磁超声无损检测方法，并通过数值模拟初步证明了该方法可以提供一种检

5、测1mm以上TBC界面微裂纹的手段。对于实际的热障涂层中的微小界面裂纹检测，这种基于电磁超声技术的无损检测方法具有很好的研究和应用前景。关键词：电磁超声；无损检测；热障涂层；有限元法；数值模拟论文类型：应用基础75ABSTRACTTitle:StudiesoftheNumericalSimulationMethodforEMATandApplicationstoNondestructiveInspectionofTBCSpeciality:MechanicsApplicant:CuixiangPeiSupervisor:Prof.Zhenma

6、oChenABSTRACTBothelectromagneticacoustictesting(EMAT)andtraditionalpiezoelectricultrasonictestingbelongtothecategoryofultrasonicnondestructivetestingtechnology.Asnophysicalcontactisnecessarybetweentransducerandtest-piece,variouswavepatternscanbegenerated,surfacequalitydeman

7、dofthetest-pieceisnothigh,anddetectionspeedisfast,theEMATcannotonlyimprovetheinspectionefficiencybutalsocanextendtheapplicationareaofUTtothefieldsofhightemperature,highspeedandon-lineinspection.However,duetothecomplicityofEMATtechniqueitself,therearestillseveralproblemsfori

8、tscontinuousdevelopment.Atpresent,thestudiesontheEMATaremainlybymeansofexperimenta