基于有限元的管状基体涂层厚度涡流法测量仿真研究

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涂敷非金属涂层的金属管道或管状型容器在石油、化工、航空航天等领域有着十分广泛的应用,而涂层厚薄直接影响管道或容器的使用性能。因此在涂敷完成或者长时间工作后,必须对其厚度进行测量。因此,研究管状金属基体涂层厚度的测量具有一定的实际意义。根据麦克斯韦方程组,推导了三维涡流场的数值计算模型;并根据涡流检测的边界条件和几何特征,结合有限元建模理论,采用ANSYS有限元分析对其进行仿真研究,建立了涡流检测管状基体涂层厚度的三维有限元仿真模型,通过电磁场谐性分析得到了电磁场的磁力线分布、被测体的涡流分布以及线圈的阻抗值。本文针对影响涡流法测量管状基体涂层厚度准确性的影响因素,从线圈阻抗的角度分析了管状基体的曲率半径变化、厚度对涡流信号及涂层测量精度的影响,并对探头线圈的阻抗值进行归一化;通过获取平板标定曲线的方法验证了管状基体涂层厚度涡流检测有限元仿真的可行性和准确性,得出了满足测量精度的管状基体的曲率半径和厚度范围;通过研究探头线圈几何参数对探头性能的影响,给出了探头性能优化的方法。以涡流测厚的理论分析为基础,搭建了涡流测厚实验平台,利用涡流探头对不同管状基体上的提离距离进行测量及误差分析,实验结果表明:使用该探头可以测量曲率半径大于60mm、厚度大于4mm的管状基体上的涂层厚度,5mm涂层的测量精度基本可达到0.1mm,为涡流测量管状基体涂层的实际应用提供了有价值的参考。
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