预应力钢筒混凝土管(PCCP)是长距离压力输水工程中常采用的结构型式之一,管壁结构包括管芯混凝土、薄壁钢筒、预应力钢丝和砂浆保护层。PCCP在长期运行状态下受到地下水的腐蚀作用,管壁中的预应力钢丝会发生断裂,从而引发管芯混凝土开裂,进而诱发爆管事故,威胁供水安全和公共安全,因此,对PCCP管进行断丝检测,提前做好预防及修补管道具有重要意义。PCCP管道常用的电磁无损检测技术有远场涡流和P-wave。远场涡流在检测铁磁性管道缺陷、裂纹等方面广泛应用,现此技术已开始应用到检测PCCP管的断丝上,随后通过改进激励源的布置方式,出现了P-wave检测技术。两种检测技术在国内刚刚起步,对于检测原理以及断丝方面的研究还远远不够,本文采用有限元对两种检测技术的机理及断丝的信号特征和影响因素进行仿真研究。本文研究内容如下:(1)应用轴对称有限元方法模拟极低频电磁场从PCCP管内到管外的传播情况,探究PCCP管内的远场涡流现象,分析预应力钢丝环绕形成的电感效应和薄钢筒内涡流场的耦合作用,总结预应力钢丝断裂数量对管内壁附近磁感应强度和相位分布的影响规律。并对传统的远场涡流进行屏蔽改进,分析了远场区的位置变化及影响因素。(2)采用三维有限元涡流场,仿真P-wave检测方式下,PCCP管不同位置及不同数量断丝时的检测信号特征,揭示磁感应强度幅值和相位的变化规律,分析PCCP管内外的电磁场分布,以及钢筒和钢丝内的涡流效应,并对P-wave检测原理进行解释。(3)模拟P-wave检测PCCP管内的钢丝腐蚀,研究钢丝发生腐蚀时的信号特征,对不同类型的腐蚀和不同腐蚀率进行判别,区分钢丝腐蚀信号与断丝信号之间的差异。同时,仿真了双层钢丝的PCCP管断丝与腐蚀,进一步确定内外层钢丝的断腐情况。