一種管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)的仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)的仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輸油管道工作環(huán)境復(fù)雜，含硫化氫和二氧化硫等腐蝕性的介質(zhì)，使輸油管道內(nèi)部常常產(chǎn)生腐蝕坑，日積月累，其中較深的腐蝕坑容易發(fā)展成疲勞斷裂，從而造成輸油管道內(nèi)介質(zhì)的泄露，影響輸油的效率。因此，在輸油管道服役一段時(shí)間后，應(yīng)對其進(jìn)行檢測修復(fù)，以使得輸油管道恢復(fù)已喪失的部分功能。
[0003]漏磁檢測技術(shù)是近年來發(fā)展起來的無損探傷技術(shù)，它檢測準(zhǔn)確、速度快，尤其適合于長距離管道的檢測工作。
[0004]在漏磁檢測裝置的設(shè)計(jì)階段，先依據(jù)學(xué)科理論和計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和虛擬性能測試，可達(dá)到提高設(shè)計(jì)性能、降低設(shè)計(jì)成本、減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間等目的。
[0005]管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)涉及到很多【背景技術(shù)】的運(yùn)用。發(fā)明專利(200910085543.7)公開了一種ADAMS軟件與三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法。實(shí)用新型專利(200620158735.8)公開了一種在線檢測管道金屬損失程度的管道漏磁腐蝕檢測器浮動(dòng)皮碗機(jī)構(gòu)。上述現(xiàn)有的仿真計(jì)算方案對于漏磁檢測裝置的開發(fā)周期不利，并且有些設(shè)計(jì)缺陷無法通過仿真計(jì)算獲取，從而導(dǎo)致漏磁檢測裝置的設(shè)計(jì)精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)的仿真方法，解決了實(shí)體設(shè)計(jì)、模態(tài)分析、運(yùn)動(dòng)仿真等過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題，不僅可縮短漏磁檢測裝置的開發(fā)周期，找出可能存在的設(shè)計(jì)缺陷，還可提高漏磁檢測裝置的設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)的仿真方法，所述方法包括:
[0008]通過CAXA建立檢測器本體和皮碗的三維實(shí)體模型；
[0009]將所述檢測器本體的實(shí)體模型導(dǎo)入ADAMS，并將所述皮碗的實(shí)體模型經(jīng)處理后導(dǎo)入 ADAMS ；
[0010]所述皮碗和所述檢測器本體之間的接觸點(diǎn)產(chǎn)生啞物體，并將所述啞物體的實(shí)體的參數(shù)設(shè)置為O ;
[0011 ] 通過所述ADAMS，定義所述啞物體與管道的接觸，建立運(yùn)動(dòng)副，根據(jù)實(shí)際情況，在實(shí)體模型上添加運(yùn)動(dòng)副，并在實(shí)體模型的運(yùn)動(dòng)副上添加運(yùn)動(dòng)學(xué)驅(qū)動(dòng)；
[0012]確定實(shí)體模型在任意時(shí)刻的位置、速度和加速度，同時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)驅(qū)動(dòng)確定所述實(shí)體模型運(yùn)動(dòng)所需的作用力及其反作用力，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)仿真。
[0013]可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述檢測器本體為剛性體。
[0014]可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述皮碗為柔性體。
[0015]可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述皮碗的實(shí)體模型經(jīng)處理后導(dǎo)入ADAMS的步驟包括:
[0016]所述皮碗的實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS生成皮碗的Mnf文件；
[0017]將所述皮碗的Mnf文件導(dǎo)入ADAMS。
[0018]可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)仿真的步驟包括:
[0019]設(shè)定測量點(diǎn)；
[0020]確定實(shí)體模型在任意時(shí)刻的位置、速度和加速度；
[0021]根據(jù)實(shí)體模型在任意時(shí)刻的位置、速度和加速度，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)驅(qū)動(dòng)確定所需的作用力及其反作用力；即獲取所述測量點(diǎn)的位移、速度、加速度以及所受的力隨時(shí)間而變化的曲線。
[0022]上述技術(shù)方案具有如下有益效果:根據(jù)管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)仿真本身的特性和柔性體建模仿真分析的難點(diǎn)，提出了聯(lián)合使用CAXA、ANSYS和ADAMS建立磁檢測裝置實(shí)體動(dòng)態(tài)仿真模型的方法，并采用CAXA實(shí)體三維建模、ANSYS模態(tài)分析和ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真分析的方法，研究了管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性。這樣，解決了實(shí)體設(shè)計(jì)、模態(tài)分析、運(yùn)動(dòng)仿真等過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題。本發(fā)明不僅可縮短漏磁檢測裝置的開發(fā)周期，找出可能存在的設(shè)計(jì)缺陷，還可提高漏磁檢測裝置的設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明提出的一種管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)的仿真方法流程圖；
[0025]圖2為本實(shí)施例的管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)仿真工作原理圖；
[0026]圖3為本實(shí)施例中的管道三維示意圖；
[0027]圖4為本實(shí)施例中的漏磁檢測裝置實(shí)體簡圖；
[0028]圖5為本實(shí)施例中的剛性體三維圖導(dǎo)入ADAMS的界面圖；
[0029]圖6a為本實(shí)施例中的ADAMS中Mnf文件的導(dǎo)入示意圖之一；
[0030]圖6b為本實(shí)施例中的ADAMS中Mnf文件的導(dǎo)入示意圖之二 ；
[0031]圖7為本實(shí)施例中的Mnf文件導(dǎo)入ADAMS的漏磁檢測裝置示意圖；
[0032]圖8為本實(shí)施例中的啞物體設(shè)計(jì)示意圖；
[0033]圖9為本實(shí)施例中啞物體參數(shù)設(shè)置示意圖；
[0034]圖10為本實(shí)施例中固定副添加示意圖；
[0035]圖11為本實(shí)施例中定義接觸示意圖；
[0036]圖12為本實(shí)施例中檢測器本體初始速度的施加工具框圖；
[0037]圖13為本實(shí)施例中檢測器本體材料的定義工具框圖；
[0038]圖14為本實(shí)施例中載荷的施加工具框圖；
[0039]圖15為本實(shí)施例中管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)仿真工具框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0041]如圖1所示，為本發(fā)明提出的一種管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)的仿真方法流程圖。所述方法包括:
[0042]步驟101):通過CAXA建立檢測器本體和皮碗的三維實(shí)體模型；
[0043]步驟102):將所述檢測器本體的實(shí)體模型導(dǎo)入ADAMS，并將所述皮碗的實(shí)體模型經(jīng)處理后導(dǎo)入ADAMS ；
[0044]步驟103):所述皮碗和所述檢測器本體之間的接觸點(diǎn)產(chǎn)生啞物體，并將所述啞物體的實(shí)體的參數(shù)設(shè)置為O ;
[0045]步驟104):通過所述ADAMS，定義所述啞物體與管道的接觸，建立運(yùn)動(dòng)副，根據(jù)實(shí)際情況，在實(shí)體模型上添加運(yùn)動(dòng)副，并在實(shí)體模型的運(yùn)動(dòng)副上添加運(yùn)動(dòng)學(xué)驅(qū)動(dòng)；
[0046]步驟105):確定實(shí)體模型在任意時(shí)刻的位置、速度和加速度，同時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)驅(qū)動(dòng)確定所述實(shí)體模型運(yùn)動(dòng)所需的作用力及其反作用力，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)仿真。
[0047]可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述檢測器本體為剛性體。
[0048]可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述皮碗為柔性體。
[0049]可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述皮碗的實(shí)體模型經(jīng)處理后導(dǎo)入ADAMS的步驟包括:
[0050]所述皮碗的實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS生成皮碗的Mnf文件；
[0051 ] 將所述皮碗的Mnf文件導(dǎo)入ADAMS。
[0052]可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)仿真的步驟包括:
[0053]設(shè)定測量點(diǎn)；
[0054]確定實(shí)體模型在任意時(shí)刻的位置、速度和加速度；
[0055]根據(jù)實(shí)體模型在任意時(shí)刻的位置、速度和加速度，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)驅(qū)動(dòng)確定所需的作用力及其反作用力；即獲取所述測量點(diǎn)的位移、速度、加速度以及所受的力隨時(shí)間而變化的曲線。
[0056]實(shí)施例:
[0057]對由2種材料為聚氨酯的皮碗、材料為鋼的檢測器本體組成的漏磁檢測裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，皮碗直徑463mm,該裝置在外徑457mm、內(nèi)徑421mm的彎曲管道內(nèi)運(yùn)動(dòng),裝置前后兩面的壓強(qiáng)差為0.2Mpa。
[0058]如圖2所示，為本實(shí)施例的管道內(nèi)漏磁檢測裝置運(yùn)動(dòng)仿真工作原理圖。本實(shí)施例由以下步驟來實(shí)現(xiàn):
[0059]步驟一AaADAMS
[0060]在歡迎對話框中，選擇Create a new model選項(xiàng),設(shè)置好工作路徑F: \4.8.2,給模型取名字Lucijiance ;進(jìn)行重力設(shè)置,選擇Earth Normal選項(xiàng),再進(jìn)行單位設(shè)置,選擇MMKS系統(tǒng)(mm, kg, N, sec, deg, H)。設(shè)置完畢，點(diǎn)擊OK按鈕。
[0061 ] 步驟二:設(shè)置ADAMS建模環(huán)境
[0062]在Setting菜單，選擇Working grid項(xiàng)，設(shè)置工作柵格，之后，設(shè)置Size和Spacing。在本實(shí)施例中，設(shè)置 Size 和 Spacing 數(shù)值為:750mm、750mm、10mm、10mm。
[0063]在Setting菜單,選擇Gravity項(xiàng),進(jìn)行重力加速度的設(shè)置。數(shù)值為:Υ=_9815.65。
[0064]在File菜單中，選擇Select Directory,指定保存文件的目錄。在本實(shí)施例中，指定保存文件的目錄為:F:\4.8.2。
[0065]步驟三:CAXA幾何建模
[0066]啟動(dòng)CAXA，首先進(jìn)行單位制統(tǒng)一。在CAXA中，默認(rèn)單位是mm。
[0067]實(shí)體模型是從實(shí)心三維形狀得來的，它一般包含以下基本操作:
[0068]從“設(shè)計(jì)元素庫”或者“高級(jí)圖素庫”中拖曳所需的實(shí)體圖素到設(shè)計(jì)環(huán)境中；
[0069]單擊鼠標(biāo)左鍵，選擇該實(shí)體圖素，使其處于“只能”圖素編輯狀態(tài)，光標(biāo)放在實(shí)體內(nèi)，單擊鼠標(biāo)右鍵，選取“智能圖素屬性”;
[0070]編輯修改圖素尺寸的長、寬、高；
[0071]選擇編輯好的該圖素，按F10，在三維球的中心點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，編輯中心位置；
[0072]設(shè)計(jì)出剛性體和柔性體的三維圖；
[0073]導(dǎo)出三維實(shí)體，即首先選中要導(dǎo)出的部分，然后選擇導(dǎo)出文件類型為Parasolid文件或Sat文件。
[0074]在本實(shí)施例中，實(shí)體模型是從實(shí)心三維形狀得來的，這種“標(biāo)準(zhǔn)部件”方法不同于表面模型建立方法。在三維空間中建立的對象可以轉(zhuǎn)化成實(shí)體，這樣，就可用最有效的方式靈活建立實(shí)體對象。管道三維圖如圖3所示，漏磁檢測裝置實(shí)體簡圖如圖4所示。導(dǎo)出管道的三維實(shí)體,導(dǎo)出文件類型為Parasolid文件,保存路徑是F:\4.8.2\guanda0.x_t。導(dǎo)出檢測器本體的三維實(shí)體，導(dǎo)出文件類型為Parasolid文件，保存路徑是F: \4.8.2\gangt1.x_t。導(dǎo)出前皮碗的三維實(shí)體,保存路徑是F:\4.8.2\qianpiwan.sat。導(dǎo)出后皮碗的三維實(shí)體，保存路徑是 F: \4.8.2\houpiwan.sat。
[0075]步驟四:將CAXA的剛性體三維圖導(dǎo)入到ADAMS中
[0076]進(jìn)入ADAMS,選擇 File Import, File Type 選擇 Parasolid (.x_t),如圖 5 所不，F(xiàn)ile To Read指向剛性體文件所在路徑，Model Name選擇當(dāng)前的模型名稱,導(dǎo)入后給新文件命名。
[0077]在本實(shí)施例中，進(jìn)入ADAMS，在歡迎界面選擇Import，指出管道的三維實(shí)體文件所在路徑，保存路徑是F: \4.8.2\guanda0.x_t。
[0078]進(jìn)入ADAMS，在歡迎界面選擇Import，指出檢測器本體的三維實(shí)體文件所在路徑，保存路徑是 F:\4_ 8.2\gangt1.x_t。
[0079]步驟五:將CAXA的柔性體三維圖導(dǎo)入到ANSYS中
[0080]啟動(dòng)ANSYS，選擇File Import Sat...，指向剛才柔性體三維圖文件所在路徑。
[0081]在本實(shí)施例中，啟動(dòng)ANSYS，選擇File Import Sat...，指向前皮碗三維實(shí)體文件所在路徑 F:\4.8.2\qianpiwan.sat。
[0082]選擇File Import Sat...,指向后皮碗三維實(shí)體文件所在路徑F: \4.8.2\houpiwan.sat。
[0083]步驟六:柔性體模態(tài)中性文件(Mnf)的生成；
[0084]利用ANSYS，通過Mass21單元+剛性區(qū)域的方法生成模態(tài)中性文件。在ANSYS程序中讀入柔性體的幾何模型，并對柔性體進(jìn)行網(wǎng)格劃分