船用鋼板在造船工業中應用廣泛，若鋼板存在缺陷將嚴重影響船舶運行的可靠性。為了保證船舶航行的安全，延長船舶的使用周期和壽命，必須對船用鋼板進行役前和在役定期檢測，以便及時修復或更換存在缺陷的構件。目前，對船用鋼板檢測的技術主要有超聲檢測、渦流檢測、射線檢測、滲透著色、磁粉檢測和漏磁檢測等。漏磁檢測的原理是鋼板在外加磁場的作用下磁化，材料內的缺陷(如裂紋、腐蝕)，磁導率遠比鐵磁材料本身要小很多，局部磁阻增加，這樣就致使磁力線發生彎曲，部分磁力線泄漏出材料表面，產生擴散漏磁場。利用磁敏感元件探測漏磁場，即可獲取缺陷特征信息。漏磁檢測法不需要藕合劑，不受表面油污及非磁性雜物的影響，檢測速度快、靈敏度高、可靠性好，且檢測結果能提供金屬材料表面腐蝕缺陷和裂紋的狀態信息。
      Lord等首次使用有限元分析的方法對漏磁檢測時的磁場分布進行計算，得出了缺陷大小和漏磁信號之間的關系。 Atherton則計算了輸油管道內外壁缺陷對漏磁信號的影響，并進行了相關驗證，以計算結果作為選擇磁化方式的依據。Mitsuaki提出了漏磁檢測的有限元分析時磁驪的建模方法。然而，國內外大部分研究是以二維模型為基礎，且進行了一些簡化，如設定磁驪(即銜鐵)的磁導率為常數。本研究將通過構建三維模型來進行漏磁檢測的有限元分析。
      鋼板漏磁檢測傳感器主要由勵磁裝置、磁敏元件和驅動裝置等構成。
      勵磁裝置由調節螺栓、銜鐵和永久磁鐵等組成。永久磁鐵、銜鐵、磁化間隙與被測鋼板一起構成主磁路，實現對鋼板的磁化。為提高勵磁磁路性能，選用高剩磁、高矯頑力的錢鐵硼稀土永磁為材料。在勵磁磁路中銜鐵來改變磁力線的方向，從而能夠減小磁回路系統的磁阻，能夠增大關鍵零部件的磁通密度。在恒定磁場的磁路設計中，銜鐵材料可選用工業純鐵和低碳鋼，使被測鋼板內的磁感應強度大于1.4T，以保證較高準確率。磁敏元件實現磁電信號的轉換，可以采用線圈、霍爾器件、磁敏二極管、磁敏電阻、磁通門、巨磁阻傳感器等。目前比較常用的傳感器元件為線圈和霍爾器件。
      為了給測試系統的檢測性能和缺陷標定，加工制作了標準試件進行實驗。試件采用厚度為10 mm的普通低碳鋼板，板上加工5處標準傷，分別為：20 %深，8 mm寬的長通槽和20 % ,  40 %，60 %，80%深的球形凹陷。試件標準傷具有較好的代表性，與船用鋼板的腐蝕和裂紋缺陷相似。實驗中將標準試件缺陷面向下放置，同時檢測系統置于板面，依次檢測以上各種缺陷。
      經簡化后的傳感系統模型。模型關于X-Z面和Y-Z面對稱，故只取其1/4模型進行說明。被測鋼板置于傳感系統下方，永磁體采用錢鐵硼材料，與鋼質支架共同構成了磁化裝置。與支架緊貼面為N極，與被測鋼板靠近面S極。由永磁體、被測鋼板和鋼質支架構成了磁回路，可將被測鋼板磁化并達到檢測要求。
      船用鋼板的有限元網格模型中整體的鋼板部分采用立方體單元進行映射網格劃分。由于模型關于X-Z面和Y-Z面對稱，故在X-Z面和Y-Z面的單元節點上施加了對稱邊界條件。空氣層則采用四面體單元進行自由劃分，且在空氣邊界上施加了遠場邊界條件。
      對傳感系統的有限元模型，施加相應的邊界條件，進行靜態電磁場分析，可以得到磁力線和磁感應強度的分布情況。
      在鋼板的中間部位，磁感應強度可達到1.4T，滿足了漏磁檢測的要求。鋼板中間部位的磁場分布比較均勻，呈近似的均恒磁場狀態，如果鋼板中存在缺陷，則部分磁力線將由空氣中通過，傳感器正是檢測泄漏到空氣中的磁場變化來判斷此處是否存在缺陷。
      漏磁檢測實驗在鋼板上進行。實驗儀器為9VI ART-2004智能型多功能電磁檢測儀，16通道雙線圈差動式漏磁傳感器。實驗所得漏磁信號曲線。由于采用的線圈式傳感器對磁通密度的變化率敏感，且是雙線圈信號值相減取其差動量，故體現在實際檢測信號上為兩波峰一波谷。在無缺陷處，信號為一條平整的直線，缺陷處，信號幅值產生正負跳變。試件上的5種模擬缺陷在檢測信號上都有體現。如2 mm深的長通槽在16個通道中均有信號突變。其他球形凹陷信號在第9通道最為顯著，其他通道依次遞減，說明缺陷的中心位置處于第9通道的覆蓋面。
      漏磁檢測用于船用鋼板缺陷探傷，具有速度快、靈敏度高、可靠性好的優點。本研究利用ANSYS軟件進行船用鋼板漏磁檢測的三維有限元分析，得出了船用鋼板磁化后的磁場分布狀態，滿足了漏磁檢測的要求。同時，計算出缺陷與磁場分布之間的對應關系曲線，根據磁感應強度對缺陷的位置和基本特征進行判斷。實驗結果證明有限元計算的結果是可靠的。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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