[发明专利]一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法

说明书

本发明公开一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法，其包括如下步骤：S1，根据参数利用SOLIDWORKS建立地铁‑管道‑土壤3D仿真模型；S2，将地铁‑管道‑土壤3D仿真模型导入COMSOL有限元模拟软件；S3，在COMSOL有限元模拟软件中设置材料参数；S4，将地铁‑管道‑土壤3D仿真模型进行网格划分；S5，计算求得电解质中杂散电场分布和金属表面二次电流分布；S6，对土壤‑走行轨‑管道有限元模型施加边界条件；S7，利用COMSOL有限元软件自带的稳态求解器进行求解；S8，利用COMSOL有限元软件获得的数据和图形绘制沿管道的电位分布线图。本发明利用地铁运行时泄漏至土壤的杂散电流对埋地管道的干扰，使管地电位出现波动，从而判断管道防腐层破损严重程度和破损位置。

技术领域

本发明应用于钢质管道防腐层破损点定位技术领域，具体是一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法。

背景技术

近年来，随着我国城市建设的迅速发展，许多城市都建立了轨道交通系统并铺设了完整的埋地管道系统。地铁作为城市轨道交通的重要组成部分，发展极为迅速。地铁通过变电所供电，供应电流将走行轨作为回流线，大部分电流能够按照规定路线回流。由于技术、环境等因素的限制，走行轨绝缘层无法做到完全绝缘，故有小部分电流不可避免地泄漏到土壤中，该部分不能按预设回路流回电流源的电流称之为杂散电流。地铁杂散电流对埋地管道的危害极大，因此，对埋地管道防腐层破损点进行精准定位是本领域所需解决的关键技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种埋地钢质管道防腐层破损点定位有限元方法，其包括如下步骤：

S1，根据参数利用SOLIDWORKS建立地铁-管道-土壤3D仿真模型；

S2，将地铁-管道-土壤3D仿真模型导入COMSOL有限元模拟软件；

S3，在COMSOL有限元模拟软件中设置材料参数；

S4，将地铁-管道-土壤3D仿真模型进行网格划分；

S5，计算求得电解质中杂散电场分布和金属表面二次电流分布；

S6，对土壤-走行轨-管道有限元模型施加边界条件；

S7，利用COMSOL有限元软件自带的稳态求解器进行求解；

S8，利用COMSOL有限元软件获得的数据和图形绘制沿管道的电位分布线图，获取破损点位置。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S1的参数包括土壤尺寸、管长、管道壁厚、防腐层厚度、走行轨尺寸和走行轨绝缘层厚度。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S3中的材料参数包括土壤电阻率、管道电阻率、防腐层电阻率、走行轨电阻率和走行轨绝缘层电阻率。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S5具体为将土壤-走行轨-管道有限元模型带入欧姆定律和三维电流守恒连续性方程满足式进行计算，其中的欧姆定律为：；式中：σ为电解质电阻率(S/m)，为电场强度矢量(V/m)，为外部电流引起的电流密度矢量(A/m²)，为电解质电流密度矢量(A/m²)；三维电流守恒连续性方程满足式为：；其中Qj为外加电流密度(A/m2)；φ为电解质电位(V)；d为第三维度方向的厚度(m)。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤S4中的网格采用软件内置的自由四面体单元，其中土壤最小单元尺寸为10mm，最大单元尺寸为0.44m，管道及走行轨最小单元尺寸为0.01mm，最大单元尺寸为2mm，共包括23156个域单元、4561个面单元、316个边单元。

本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果：