应力腐蚀裂纹的远场涡流定量评估关键技术研究

应力腐蚀裂纹定量评估是目前国内外公认的难题和研究热点。项目立足远场涡流技术，围绕应力腐蚀裂纹三个重要特征（通常沿管道轴向、多裂纹并存、细微），综合利用有限元仿真、电磁场理论以及独立分量分析等方法，研究和解决应力腐蚀裂纹远场涡流定量评估中的关键技术难题。首先，从扰动场分析角度出发，提出综合利用等效电偶极子和磁偶极子的方法分析裂纹与电磁场间相互作用，阐明远场涡流检测轴向裂纹的内在机理，探索出适于应力腐蚀裂纹检测的高灵敏度传感器结构；其次，研究多裂纹远场涡流信号特征及其相互影响，实现基于独立分量分析的多裂纹信号分离以及裂纹数量和间距等关键参数识别；再次，针对远场涡流中细微裂纹建模的难题，建立基于电容效应补偿的应力腐蚀裂纹等效仿真模型；最后，结合申请人前期提出的缺陷重构方法，进行仿真和实验验证。对于提高我国应力腐蚀裂纹定量评估水平，提升油气管道等设备安全保障能力，具有重要理论指导意义和潜在应用价值

远场涡流作为涡流无损检测的一个重要分支，在管道腐蚀检测等方面发挥着重要的作用。本项目重点围绕应力腐蚀裂纹远场涡流定量评估这一目前国内外研究的热点和难点问题开展研究，以期解决应力腐蚀裂纹定量评估中存在的若干关键问题。在项目执行过程中，项目组针对应力腐蚀裂纹的三个显著特点，重点开展了以下三个部分的研究工作：（1）针对应力腐蚀裂纹"轴向"的特点，利用有限元法研究了不同方向裂纹与电磁场相互作用，分析了裂纹方向与远场涡流检测信号灵敏度之间的关系，提出并建立了偶极子等效分析模型，证实了将偶极子等效方法应用于远场涡流灵敏度分析的可行性，定量分析了裂纹扰动的两个主要因素：磁导率变动和涡流扰动的相互关系，阐明了基于远场涡流定量评估应力腐蚀裂纹的内在机理，并探索设计了几种适合于应力腐蚀裂纹定量评估的远场涡流传感器结构；（2）针对应力腐蚀裂纹"多裂纹并存"的特点，以平行裂纹为起点，分析多裂纹远场涡流信号特征，证实了平行裂纹可以等效为电磁传播过程中的两个独立源，同时分析了平行裂纹之间的相互影响；研究了基于独立分量分析的多裂纹远场涡流信号盲分离和识别算法，提出并实现了基于核独立分量分析的平行裂纹建模仿真和分离算法，结合去伪迹等信号处理算法进行了分离验证和关键参数识别，为定量评估应力腐蚀裂纹提供了关键的信息，该算法可有效分离长度比例大于2.5倍且间距大于1.5mm的平行裂纹；（3）针对应力腐蚀裂纹"细微"的特点，研究细微裂纹三维有限元特征、网格划分和有限元求解，仿真分析了介电常数与裂纹宽度的等效关系，建立裂纹宽度与介电常数之间的关系，并基于此等效关系验证应力腐蚀裂纹三维有限元等效仿真模型，为现有技术条件下仿真研究应力腐蚀裂纹等细微缺陷提供了一个可借鉴的途径。项目研究过程中，在国内外期刊和会议上共发表和已录用论文7篇，其中SCI检索一篇，EI检索五篇（三篇已录用待检索）。本项目的研究结果对于探索有效的定量评估方法，提高我国应力腐蚀定量评估水平，具有重要理论指导意义；对于我国领先开发出有效的应力腐蚀裂纹定量评估设备，为我国管道等设施的安全运行提供更加强有力的保障，具有潜在应用价值；同时对于无损检测技术向 无损评估技术演化具有较大的借鉴意义。