瞬变电磁法检测埋地金属管道腐蚀模型的ANSYS仿真
最新ANSYS Maxwell瞬态分析案例
1.Maxwell 2D: 金属块涡流损耗（一）启动W o r k b e n c h并保存1.在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 15.0→Workbench 15.0命令，启动ANSYS Workbench 15.0，进入主界面。
2.进入Workbench后，单击工具栏中的 按钮，将文件保存。
（二）建立电磁分析1.双击Workbench平台左侧的Toolbox→Analysis Systems→Maxwell 2D此时在ProjectSchematic中出现电磁分析流程图。
2.双击表A中的A2，进入Maxwell软件界面。
在Maxwell软件界面可以完成有限元分析的流程操作。
3.选择菜单栏中Maxwell 2D→Solution Type命令，弹出Solution Type对话框(1)Geometry Mode:Cylinder about Z(2)Magnetic:Transient(3)单击OK按钮4.依次单击Modeler→Units选项，弹出Set Model Units对话框，将单位设置成mm，并单击OK按钮。
（三）建立几何模型和设置材料1.选择菜单栏中Draw→Rectangle 命令，创建长方形在绝对坐标栏中输入：X=500，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=20，dY=0，dZ=500，并按Enter键2.选中长方形，选择菜单栏中Edit→Duplicate along line命令在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=50，dY=0，dZ=0，并按Enter键弹出Duplicate along line对话框，在对话框中Total Number:3，然后单击OK按钮。
3.选中3个长方形右击，在快捷菜单中选择Assign Material命令，在材料库中选择Aluminum，然后单击OK按钮。
使用Ansys进行工程仿真分析
使用Ansys进行工程仿真分析第一章：Ansys软件的介绍1.1 Ansys软件的背景和起源1.2 Ansys软件的版本和功能特点1.3 Ansys软件的应用范围和行业地位第二章：Ansys工程仿真分析的基本原理2.1 有限元法的基本概念和原理2.2 Ansys软件的有限元分析流程2.3 Ansys软件中的材料模型和加载条件第三章：结构力学仿真分析3.1 结构静力学分析3.1.1 静力学基本方程和边界条件3.1.2 结构应力和应变分析3.1.3 结构变形和位移分析3.2 结构动力学分析3.2.1 结构模态分析3.2.2 结构响应分析3.2.3 结构疲劳分析第四章：流体力学仿真分析4.1 流体静力学分析4.1.1 流体压力和速度场分析4.1.2 流体力学基本方程和边界条件4.1.3 流体流动和压力分析4.2 流体动力学分析4.2.1 流体的稳态和非稳态流动分析4.2.2 流体的湍流模拟和分析4.2.3 流体的热力学和传热分析第五章：热力学仿真分析5.1 热传导分析5.1.1 热传导基本方程和边界条件5.1.2 热传导的定常状态和非定常状态分析5.1.3 热传导的温度场和热通量分析5.2 热辐射分析5.2.1 热辐射的辐射传输方程和边界条件5.2.2 热辐射的辐射通量和辐射能流分析5.2.3 热辐射的温度分布和热辐射热量分析第六章：电磁场仿真分析6.1 静电场分析6.1.1 静电场的基本方程和边界条件6.1.2 静电场的电场强度和电势分布分析6.1.3 静电场的电场力和电场能量分析6.2 磁场分析6.2.1 磁场的基本方程和边界条件6.2.2 磁场的磁感应强度和磁通量密度分析6.2.3 磁场的磁场力和磁场能量分析第七章：Ansys的优势和应用案例7.1 Ansys与传统仿真方法的对比7.2 Ansys在工程领域的应用案例（如航空航天、汽车、电子等）第八章：Ansys的使用技巧和注意事项8.1 Ansys的建模技巧和模型优化方法8.2 Ansys的参数化设计和模型自动化方法8.3 Ansys的结果分析和后处理技巧第九章：Ansys的研发方向和未来发展趋势9.1 Ansys的新功能和技术路线9.2 Ansys的人工智能和大数据分析应用9.3 Ansys在云计算和物联网领域的进展结语：经过对Ansys软件的介绍，结构力学仿真分析、流体力学仿真分析、热力学仿真分析和电磁场仿真分析的详细阐述，以及Ansys 的优势和应用案例、使用技巧和注意事项以及研发方向和未来发展趋势的探讨，我们可以看到Ansys作为一款强大的工程仿真分析软件，在各个领域的工程设计和优化中起到了重要作用，并且具有广阔的市场前景和发展潜力。
ANSYS仿真电磁系统温度场步骤
ANSYS仿真电磁系统温度场步骤1.创建几何模型：在ANSYS中，可以使用多种方法创建电磁系统的几何模型，包括使用建模工具、导入CAD文件或使用ANSYS的几何建模工具。
确保几何模型完整且准确。
2.定义材料属性：对于每个几何体，需要为其分配材料属性。
这些属性包括热导率、比热容和密度等。
可以使用材料库中的标准材料，也可以定义自定义材料属性。
3.设置边界条件：在仿真中，需要设置边界条件来模拟实际操作条件。
对于电磁系统的温度场仿真，需要设置壁面流动条件和散热条件等。
4. 网格划分：将几何模型离散化为小区域，即网格或网格。
这可以通过使用ANSYS网格工具手动创建网格，或者使用ANSYS自动网格生成器，如AutoMesh或TGrid。
5.定义热源：对于电磁系统的温度场仿真，可能存在电磁源，如电流或电压。
需要定义这些热源，并将其添加到仿真模型中。
6.定义边界条件：除了热源之外，还需要为仿真模型定义边界条件，如固定温度、固定热流或固定热通量条件。
这些边界条件将在仿真过程中施加在模型的边界处。
7.定义求解器设置：在ANSYS中，可以选择不同的求解器来求解热传导问题。
根据实际需求，可以选择稳态或瞬态求解器，并定义其他相关设置，如收敛准则和求解步长等。
8.运行仿真：完成所有前期准备工作后，可以运行仿真并等待结果。
ANSYS将根据定义的边界条件和材料属性，求解电磁系统的温度场分布。
9.结果后处理：一旦仿真完成，可以对结果进行后处理和分析。
可以查看温度分布图、温度剖面图或导出结果以供进一步分析和使用。
10.优化设计：根据分析和后处理结果，可以对电磁系统的设计进行优化。
可以将结果与实际需求进行比较，并根据需要进行设计修改。
总结：使用ANSYS进行电磁系统温度场仿真的步骤主要包括创建几何模型、设定材料属性、确定边界条件、网格划分、定义热源和边界条件、设置求解器参数、运行仿真、结果后处理和优化设计。
这些步骤将帮助工程师分析和优化电磁系统的温度场，并提供有关系统的详细信息。
基于ANSYS的金属切削过程的有限元仿真-
金属切削理论大作业2017年04月1基于ANSYS金属切削过程的有限元仿真付振彪，2016201064天津大学机械工程专业2016级研究生机械一班摘要：本文基于材料变形的弹塑性理论，建立了材料的应变硬化模型，采用有限元仿真技术，利用有限元软件ANSYS，对二维正交金属切削过程中剪切层及切屑的形成进行仿真。
从计算结果中提取应力应变云图显示了工件及刀具的应力应变分布情况，以此对切削过程中应力应变的变化进行了分析。
关键词：有限元模型；切削力；数学模型；二维模型；ANSYS1 绪论1.1金属切削的有限元仿真简介在当今世界，以计算机技术为基础，对于实际的工程问题应用商业有限元分析软件进行模拟，已经成为了在工程技术领域的热门研究方向，这也是科学技术发展所导致的必然结果。
研究金属切削的核心是研究切屑的形成过程及其机理，有限元法就是通过对金属切屑的形成机理进行模拟仿真，从而达到优化切削过程的目的并且可用于对刀具的研发。
有限元法对切屑形成机理的研究与传统的方法相比，虽然都是对金属切削的模拟，但是用有限元法获得的结果是用计算机系统得到的，而不是使用仪器设备测得的。
有限元法模拟的是一种虚拟的加工过程，能够提高研究效率，并能节约大量的成本。
1.2研究背景及国内外现状最早研究金属切削机理的分析模型是由Merchant [1][2]，Piispanen[3]，Lee and Shaffer[4]等人提出的。
1945 年Merchant 建立了金属切削的剪切角模型，并确定了剪切角与前角之间的对应关系这是首次有成效地把切削过程放在解析基础上的研究，成功地用数学公式来表达切削模型，而且只用几何学和应力-应变条件来解析。
但是材料的变形实际上是在一定厚度剪切区发生的，而且它假设产生的是条形切屑，所以该理论的切削模型和实际相比具有很大的误差。
1951 年，Lee and Shaffer 利用滑移线场(Slip Line Field)的概念分析正交切削的问题。
管道环焊缝缺陷的ANSYS仿真分析
管道环焊缝缺陷的ANSYS仿真分析
罗福强;高松巍
【期刊名称】《电子产品可靠性与环境试验》
【年(卷),期】2012(30)4
【摘要】在使用管道漏磁内检测器对输油管道进行检测时,为了更加精确地识别管道环焊缝以及带有缺陷的环焊缝所形成的漏磁信号特征,以漏磁检测原理和电磁场理论为基础,运用ANSYS有限元仿真软件,建立了管道漏磁内检测器,对带有不同程度缺陷的环焊缝进行检测的三维有限元仿真模型.得到了正常环焊缝以及缺陷尺寸在8、5和2 mm情况下的漏磁特征曲线.通过对所得特征曲线的综合对比分析,认为正常管道的环焊缝与带有缺陷的环焊缝在轴向分置上没有明显的区别,然而在径向上二者方向相反,并且随着缺陷尺寸的变小,曲线峰的峰值在减小,曲线跨度也在变小.
【总页数】4页(P20-23)
【作者】罗福强;高松巍
【作者单位】沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳 110178;沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳 110178
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于ANSYS的燃气管道环焊缝有限元分析 [J], QI Xiao-lin;WANG Song-mei;DONG Shao-hua
2.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
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4.管道环焊缝典型缺陷的3种无损检测方法对比分析 [J], 徐生东;姚欢;张建晓;戴敬东
5.管道环焊缝典型缺陷的3种无损检测方法对比分析 [J], 徐生东;姚欢;张建晓;戴敬东
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管道内壁缺陷漏磁信号的ANSYS仿真与分析
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
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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
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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。
ANSYS仿真实验
实验报告课程名称：_______________________________指导老师：________________成绩：__________________ 实验名称：_______________________________实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得一、实验目的和要求研究接地金属槽的槽内典型静电场分布；初步掌握基于ANSYS 仿真软件的静电场分析方法；在理论分析与数值仿真相结合的基础上，力求深化对静电场边值问题、电容参数等知识点的理解。
二、实验内容和原理(1)槽顶端电位为定值时，电位式为：(2)槽顶端电位为正弦函数时，电位式为：专业：________________ 姓名：________________ 学号：________________ 日期：________________ 地点：________________()()()()22222,0 0, 00 0, 00 0, 00 ϕϕϕϕϕϕ∂∂=+=<<<<∂∂==≤≤=≤≤==x y x a y b x y x y b x a y ∇()()0 , 0 0, ϕϕ=≤≤=<<=⎧⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎩ x a y b y x a b ()()()()()2121210041,sin sinh 21sinh K K a a K a K x y b x y K ϕϕ+π+π+∞=⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤π⎣⎦=⋅π+∑三、主要仪器设备：计算机四、操作方法和实验步骤: 和讲义类同五、实验数据记录及处理1.对选取面进行网格剖分2.在边界上附加第一类边界条件顶端设置为100V 四周设为03.对场域进行求解，后处理结果如下4.在场域内选取节点，选取点图如下各点电位值如右LOAD STEP= 1 SUBSTEP=1TIME=1.0000 LOAD CASE= 0NODE VOLT1 0.00002 0.00003 0.00004 100.005 100.006 0.00001259 28.3781659 4.16821663 4.46031695 38.0451718 44.155MAXIMUM ABSOLUTE VALUESNODE 4VALUE 100.005.查看一条路径上的结果（1）X路径曲线及其数值PRINT ALONG PATH DEFINED BY LPATH COMMAND. DSYS= 0 ***** PATH VARIABLE SUMMARY *****S DX0.0000 -0.34908E-060.50000E-02-0.71266E-080.10000E-01-0.86420E-090.15000E-01-0.16303E-090.20000E-01-0.53232E-100.25000E-01-0.22514E-100.30000E-01-0.10775E-100.35000E-01-0.55335E-110.40000E-01-0.28164E-110.45000E-01-0.13962E-110.50000E-01-0.44780E-120.55000E-01 0.30033E-120.60000E-01 0.12580E-110.65000E-01 0.27276E-110.70000E-01 0.59775E-110.75000E-01 0.13054E-100.80000E-01 0.34499E-100.85000E-01 0.18804E-090.90000E-01 0.10028E-080.95000E-01 0.68631E-080.10000 0.33762E-06（2）Y路径曲线及其数值PRINT ALONG PATH DEFINED BY LPATH COMMAND. DSYS= 0 ***** PATH VARIABLE SUMMARY *****S DY0.0000 0.31596E-100.50000E-02-0.12218E-060.10000E-01-0.60081E-070.15000E-01-0.39611E-070.20000E-01-0.30368E-070.25000E-01-0.25319E-070.30000E-01-0.22138E-070.35000E-01-0.20092E-070.40000E-01-0.18807E-070.45000E-01-0.18089E-070.50000E-01-0.17880E-070.55000E-01-0.18119E-070.60000E-01-0.18823E-070.65000E-01-0.20086E-070.70000E-01-0.22096E-070.75000E-01-0.25248E-070.80000E-01-0.30622E-070.85000E-01-0.39987E-070.90000E-01-0.61575E-070.95000E-01-0.12007E-060.10000 0.60563E-08（3）Z路径曲线及其数值PRINT ALONG PATH DEFINED BY LPATH COMMAND. DSYS= 0 ***** PATH VARIABLE SUMMARY *****S DZ0.0000 0.00000.50000E-02 0.00000.10000E-01 0.00000.15000E-01 0.00000.20000E-01 0.00000.25000E-01 0.00000.30000E-01 0.00000.35000E-01 0.00000.40000E-01 0.00000.45000E-01 0.00000.50000E-01 0.00000.55000E-01 0.00000.60000E-01 0.00000.65000E-01 0.00000.70000E-01 0.00000.75000E-01 0.00000.80000E-01 0.00000.85000E-01 0.00000.90000E-01 0.00000.95000E-01 0.00000.10000 0.0000（4）SUM曲线及其数值PRINT ALONG PATH DEFINED BY LPATH COMMAND. DSYS= 0 ***** PATH VARIABLE SUMMARY *****S DSUM0.0000 0.34908E-060.50000E-02 0.12238E-060.10000E-01 0.60088E-070.15000E-01 0.39611E-070.20000E-01 0.30368E-070.25000E-01 0.25319E-070.30000E-01 0.22138E-070.35000E-01 0.20092E-070.40000E-01 0.18807E-070.45000E-01 0.18089E-070.50000E-01 0.17880E-070.55000E-01 0.18119E-070.60000E-01 0.18823E-070.65000E-01 0.20086E-070.70000E-01 0.22096E-070.75000E-01 0.25248E-070.80000E-01 0.30622E-070.85000E-01 0.39987E-070.90000E-01 0.61583E-070.95000E-01 0.12027E-060.10000 0.33768E-06六、实验结果与分析对Y路径曲线进行积分计算PRINT ALONG PATH DEFINED BY LPATH COMMAND. DSYS= 0***** PATH VARIABLE SUMMARY *****S FS0.0000 0.00000.50000E-02-0.30536E-090.10000E-01-0.76100E-090.15000E-01-0.10102E-080.20000E-01-0.11852E-080.25000E-01-0.13244E-080.30000E-01-0.14430E-080.35000E-01-0.15486E-080.40000E-01-0.16459E-080.45000E-01-0.17381E-080.50000E-01-0.18280E-080.55000E-01-0.19180E-080.60000E-01-0.20104E-080.65000E-01-0.21077E-080.70000E-01-0.22131E-080.75000E-01-0.23315E-080.80000E-01-0.24711E-080.85000E-01-0.26477E-080.90000E-01-0.29016E-080.95000E-01-0.33557E-080.10000 -0.36407E-08根据Y路径曲线特征曲线所求应该是圆弧部分的积分根据上图积分曲线和右图曲线数值进行计算对S 0.0:2---0.98进行积分取样得积分值为（0.48808E-08）—（0.20536E-09）= （0.4676E-08）C=46.76pF七、半面仿真1.场域彩图分析2.针对三种路径的曲线图3.在半域内对Y路径积分图像及其参数PRINT ALONG PATH DEFINED BY LPATH COMMAND. DSYS= 0***** PATH VARIABLE SUMMARY *****S F30.0000 0.00000.25000E-02-0.37167E-090.50000E-02-0.91722E-090.75000E-02-0.11697E-080.10000E-01-0.13405E-080.12500E-01-0.14720E-080.15000E-01-0.15807E-080.17500E-01-0.16733E-080.20000E-01-0.17544E-080.22500E-01-0.18270E-080.25000E-01-0.18929E-080.27500E-01-0.19538E-080.30000E-01-0.20107E-080.32500E-01-0.20646E-080.35000E-01-0.21158E-080.37500E-01-0.21651E-080.40000E-01-0.22127E-080.42500E-01-0.22591E-080.45000E-01-0.23047E-080.47500E-01-0.23498E-080.50000E-01-0.23945E-08积分取值从0.02-0.5：计算式为：（0.23945E-08）-(0.34167E-09)=(0.232233E-08) 与全面的一半相似，得证七、讨论、心得1.该实验中第一次接触ANSYS软件，发现了其对于各种物理场模型分析的强大之处，是一个非常得力的工具软件。
管道ansys建模总结
管道ansys建模总结我跟你说啊，这管道的ansys建模啊，可真不是个简单事儿。
我坐在那电脑前，眼睛死死盯着屏幕，就像一只盯着骨头的狗。
周围那环境啊，静得就只能听见我那破电脑风扇嗡嗡的声音，感觉那风扇都要累得喘不过气儿来了。
我呢，头发乱得像个鸟窝，腮帮子鼓鼓的，满脸都是纠结的神情。
刚开始的时候啊，我就像个无头苍蝇似的。
这参数怎么设置啊？我就一边挠着头，一边嘟囔着：“这啥玩意儿啊，怎么这么复杂。
”我就去问旁边那小子，我瞅着他，眼睛里满是期待。
我说：“哎，兄弟，这ansys里管道建模的参数设置，你懂不？”那小子看了我一眼，撇撇嘴说：“就那么设呗，我也不太清楚。
”我当时就想给他一脚。
后来啊，我就自己一点点摸索。
你知道那感觉不？就像在黑暗里找路，每走一步都战战兢兢的。
我看着那一堆命令，什么节点啊，单元啊，看得我眼睛直发花。
我就想啊，这管道要是能自己在这软件里长出来就好了。
我还时不时地拿手比划着，想象着管道的形状，就跟个傻小子似的。
再然后呢，我发现有些小技巧。
比如说啊，在定义管道的材料属性的时候，得特别小心那几个关键参数。
我就跟发现了新大陆似的，眼睛一下子就亮了。
我当时就一拍大腿，把旁边那喝水的哥们儿吓了一跳，水都洒了一身。
他瞪着我，说：“你干嘛呢？发什么神经。
”我就嘿嘿笑着说：“我找到办法了。
”可是啊，这麻烦事儿就像那韭菜似的，割了一茬又一茬。
这管道连接的地方又出问题了。
我又得重新检查那些节点的连接关系，那工作量，大得我都想放弃了。
我就靠在椅子上，像个泄了气的皮球。
但是我又不甘心啊，就咬着牙继续干。
在这个过程中啊，我也走了不少弯路。
有时候好不容易弄好了一部分，结果发现前面某个步骤错了，就得重新来。
我那个心啊，就像被猫抓了一样难受。
我就一边改一边骂自己：“我怎么这么笨呢。
”不过呢，慢慢地，这管道的模型在我手里就有点样子了。
我看着那逐渐成型的管道模型，心里就像吃了蜜一样甜。
我就想着，这可是我费了好大劲儿弄出来的啊。
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瞬变电磁法检测埋地金属管道腐蚀模型的ANSYS仿真吴莉佳;胡博;于润桥;郝延松【摘要】为探讨埋地金属管道腐蚀后瞬变电磁场响应,采用二维有限元数值模拟方法研究了不同壁厚埋地金属管道对瞬变电磁场的影响规律；利用ANSYS有限元仿真软件对模型进行了分析计算,考察瞬变电磁场对不同壁厚埋地金属管道的分辨能力.结果表明:埋地金属管道管壁越厚,磁场越强,且随时间增加管壁上磁场强度逐渐减弱；管道壁厚不同时,磁场强度曲线尾支明显分离；瞬变电磁法能有效检测埋地金属管道腐蚀程度并对其进行失效评价.【期刊名称】《失效分析与预防》【年(卷),期】2013(008)002【总页数】5页(P69-73)【关键词】瞬变电磁法;埋地金属管道;ANSYS;腐蚀;尾支【作者】吴莉佳;胡博;于润桥;郝延松【作者单位】无损检测技术教育部重点实验室(南昌航空大学),南昌330063;无损检测技术教育部重点实验室(南昌航空大学),南昌330063;无损检测技术教育部重点实验室(南昌航空大学),南昌330063;无损检测技术教育部重点实验室(南昌航空大学),南昌330063【正文语种】中文【中图分类】TG115.280 引言埋地金属管道在工业生产和工业运输中广泛使用。
由于其具有腐蚀泄漏甚至爆炸的潜在危险性，对其腐蚀性检测确保安全运行意义重大。
埋地金属管道的腐蚀性检测可分为管道内腐蚀检测和管道外腐蚀检测。
管道内腐蚀检测技术主要包括智能清管器超声波法［1］和智能清管器漏磁法［2］。
清管器超声波法检测准确度高，但不适合在输气管线和含蜡高的输油管线上进行检测;清管器漏磁法检测精度不如清管器超声波法高，且对管道上的轴向裂缝检测有一定难度。
内检测方法均无法在非开挖不停输的条件下进行检测，且易出现内置爬行器卡壳堵塞现象。
管道外腐蚀检测主要是通过对阴极保护系统进行检测［3-6］，而即使在良好的阴极保护下，管道有时也会发生腐蚀或泄漏。
所以，仅通过对防腐层的检测判断管道的腐蚀状况并不是最理想的方法。
瞬变电磁法是一种人工源的时间域电磁法，它是利用阶跃波形电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场，在一次场的间歇期间，测量出地下介质产生的感应二次场随时间的变化，来达到探测地下地质体的目的［7］。
该技术具有简单易行、信息丰富、精度较高、投资小、见效快等优点。
目前，瞬变电磁法在地质矿产、石油、煤矿、考古、工程物探等行业中已被广泛应用［8-12］。
瞬变电磁法检测埋地金属管道是一个比较新的应用技术:黄桂柏［13］在大庆油田开展了瞬变电磁法检测管体腐蚀状况的探索性试验;高永才等［14］对瞬变电磁法金属管道腐蚀检测模型进行了理论分析;石仁委［15］研究了基于瞬变磁场对理地管道腐蚀地面检测技术，并在胜利油田进行了工程检测。
但以上都是使用对电磁场的反演拟合方法来检测埋地金属管道，用瞬变电磁检测埋地金属管道的正演研究成果甚少。
在国外，R.U.Börner等［16］提出了在磁偶极源和电偶极源下三维瞬变电磁场的数值计算方法;A.Swidinsky等［17］计算了埋在层状地质下电阻薄板的三维电磁场响应。
在国内，闫述等［18］在时间域对负阶跃脉冲激发的二维瞬态场进行了数值分析;章飞亮［19］研究了考虑激电效应的瞬变电磁场正演理论，并探讨了不同模型下激电效应对瞬变电磁响应的影响规律;徐凌华等［20］用有限单元法计算了二维大地电磁响应。
由于三维正演问题本身的复杂性，以及计算量、计算速度、存储量的限制，目前二维反演方法仍是实际资料定量解释的主要手段。
正演问题作为瞬变电磁检测埋地金属管道的理论基础和研究瞬变电磁场响应特征的基本手段，对其进行深入研究有着重要意义。
本研究利用ANSYS有限元仿真软件建立二维模型，对比计算地下埋有金属管道后地面磁场分布，计算不同腐蚀程度的埋地金属管道地面磁场分布;从理论上验证瞬变电磁法检测埋地金属管道腐蚀失效的可行性，分析瞬变电磁法对埋地金属管道腐蚀的探测能力。
1 模型参数埋地金属管道模型瞬变电磁场仿真的实际问题是三维的，但三维计算复杂、计算量大、模拟难度非常大。
鉴于本研究仅考察某个检测点剖面的磁场，设管道中心轴方向上的磁场不变，从而将三维问题简化为二维模型(图1)。
二维模型中，埋地金属管道在某个检测点的剖面简化为圆环，管壁缺陷简化为环状缺陷［21］。
分别模拟计算壁厚为10、8、4、2 mm的埋地金属管道的瞬变电磁场。
激励线圈简化为等效磁偶极形式的环向电流。
地表简化为水平地面。
管道内填充空气，地表上方填充空气，地表下方与管道之间填充土壤。
图1 埋地金属管道示意图Fig.1 Diagram of buried metal pipeline用ANSYS模拟埋地金属管道模型的瞬变电磁场时，整个模型采用基于节点的磁场单元plane53建立二维模型，设置4种材料:空气、管道、线圈、土壤。
4种材料的属性见表1。
由于实际问题属于开域问题，但有限元仿真只适用于封闭的边界区域电磁场计算，所以仿真中需要对开域情况做一定处理。
本模型对最外层所有空气施加磁力线平行边界条件，用来模拟无限远场状态，来满足电磁场的有限元计算的要求。
模型计算范围设定为2 m×2.3 m的长方形。
其中，上半部分2 m×0.3 m的区域为空气，下半部分2 m×2 m的区域为埋有金属管道的土壤，土壤覆盖的范围达到管道外径的3～5倍，可以认为边界的影响很小。
模型原点设在管道横截面的中心，设管道轴心为y轴，横截面为x-z面。
管道的埋深即管道横截面的中心距地面1 m，管道内径为18 mm。
激励线圈水平放置于地表面，为1 m×1 m方形线圈，线圈横截面积为10 mm×20 mm，共30匝，填充率为0.95。
激励信号加载在线圈上，激励信号电压有效值为12 V。
当t=0时激励信号关断，关断时间为10 μs。
线圈耦合自由度CURR(电流)，模型计算求解后可获得其磁场强度及磁力线图等结果。
仿真模型网格划分等级为2(可选1～10，1最细，10最粗)，且采用自由划分方式。
表1 材料的参数表Table 1 Parameters of materialsParameters Air Pipeline Coil Soi l Relative permeability 1 350 1 5 Resistivity/(Ω·m)1E-7 3E-8 502 结果与讨论2.1 有无管道的瞬变电磁场对比利用ANSYS仿真软件中POST1通用后处理器，可以对某一模型查看任意时刻的磁力线分布图。
图2为信号关断后t=0.18 s时地下没有金属管道的磁力线图，图中模型分为上、下2部分，上半部分为空气，下半部分为土壤。
交界处为地表面，激励线圈水平放置在于地表面，在图中为上下部分交界处的2个小矩形。
图3为信号关断后t=0.18 s时金属管道埋深1 m、壁厚8 mm的磁力线分布图，图右侧A～I的数值从外至里依次表示图中9条磁力线上磁场强度的大小。
图2、图3中最里层磁力线数值最大，最外层磁力线数值最小，说明土壤中磁场强度从里至外逐渐减小。
从磁力线分布分析，图2中地下没有金属管道，磁力线均匀分布在土壤中;图3中金属管道埋深1 m、壁厚8 mm的9条磁力线中有6条集中在管壁上。
说明当地下没有金属管道时土壤中磁场强度依次均匀减弱，当地下埋有金属管道时管壁上磁场强度较强，土壤中磁场强度较弱。
从数值上分析，地下埋有金属管道的磁场强度比地下没有金属管道的磁场强度强约3倍。
综上得出:信号关断后，地下没有金属管道时磁场较弱且由内至外均匀减弱;地下埋有金属管道时埋地金属管道上磁场较强，土壤中磁场较弱。
图2 地下无管道的磁力线Fig.2 Magnetic lines of no pipeline in the underground2.2 不同时刻的瞬变电磁场为了查看在激励信号关断后磁场变化情况，实验利用ANSYS仿真软件中POST 1通用后处理器查看埋地金属管道壁厚8 mm的模型中不同时刻磁力线分布图。
图4为埋深1 m壁厚8 mm的管道在激励信号关断后 t分别为 0.02、0.03、0.04、0.06 s磁力线分布图，图中共 9 条磁力线，图右侧A～I的数值从外至里依次表示图中9条磁力线上磁场强度的大小由图可见，信号关断后，随时间线圈周围的磁力线随时间增加逐渐减少，埋地金属管壁上磁力线随时间增加逐渐增多。
说明信号关断后，线圈周围的磁场强度随时间逐渐减弱，管壁上的磁场强度随时间逐渐增强。
图3 管道埋深1 m壁厚8 mm的磁力线Fig.3 Magnetic lines of 8 mm thickness and 1 m in buried depth pipeline2.3 不同腐蚀程度的瞬变电磁场管道腐蚀后壁厚发生变化，腐蚀程度不同即壁厚不同。
为比较激励信号关断后管道腐蚀程度不同的磁场强度，对壁厚为10、8、4、2 mm埋地金属管道分别建立4个模型，并计算激励信号关断后管道中心z轴磁场强度(Hz)的大小。
计算时间从信号关断后 0.000 01 s到 0.180 01 s，历时0.18 s，每100 μs取一个值，共取1800 个值。
利用POST26时间历程后处理器将各模型计算出的管道中心z轴磁场强度(Hz)的大小列表，再用MATLAB画出图像，见图5。
图中横坐标为时间的自然对数;纵坐标为管道中心z轴磁场强度(Hz)幅值的自然对数。
图中拐点前半部分为负值取反后所得，拐点后半部分为正值直接得出。
从图中可以看出，4条曲线尾支明显分离。
说明管内径相同时，壁厚不同的脉冲瞬变响应曲线是可分的。
图4 磁力线分布图Fig.4 Magnetic force line distribution表2 不同壁厚的磁场强度(Hz)Table 2 Magnetic field intensity(Hz)of various metal pipeline wall thicknessesThickness/mm 2 4 8 10 Magnetic field intensity/(A·m-1) 0.287627E-01 0.352801E-01 0.392644E-01 0.441110E-01 图5 管内径18 mm不同壁厚仿真瞬变响应幅值对比Fig.5 Amplitude comparison of TEM field response with various metal pipeline wall thickness of 18 mm inner diameter将t=0.18 s时各模型的磁场强度计算结果列表，见表2。
由表可见，各模型磁场强度相差1E-3 A/m以上。
说明当线圈中心点磁场强度差值大于1E-3 A/m时，能在激励信号关断0.18 s后检测出管道埋深在1 m以内，壁厚相差大于2 mm的埋地金属管道。