基于机电阻抗技术的不锈钢板均匀腐蚀监测方法研究
发布时间：2021-08-22 05:56
不锈钢板厚度减薄是造成不锈钢板完整性和适用性退化的主要原因之一。不锈钢板的均匀腐蚀会导致不锈钢板厚度均匀减薄,质量减小。因此,对不锈钢板均匀腐蚀进行有效监测具有十分重要的意义。然而,目前对不锈钢板均匀腐蚀的有效监测充满困难和挑战。提出了一种基于机电阻抗技术的不锈钢板均匀腐蚀监测方法。通过推导在单个表面粘贴的压电传感器激励下的简支薄不锈钢板的等效机械导纳,提出了将导纳曲线中弯曲振动模态的共振频率的变化（-Δf）作为评价不锈钢板均匀腐蚀损伤的敏感指标,使用-Δf与真实腐蚀程度之间的定量关系量化和预测不锈钢板的均匀腐蚀程度。通过实验证明了所提方法的有效性和可靠性。
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
实验设置
式中: w,u,v分别为不锈钢板的挠度函数、 x向和y向的位移函数; m,n,p,q为模态阶数; ? pq = Y s E π 2 4ρ s (1-υ s 2 ) ( ( p a s ) 2 +( q b s ) 2 )((3-υ s )±(1+υ s )) 、 ω mn =π 2 h s Y s E 12ρ s (1-υ s 2 ) ( ( m a s ) 2 +( n b s ) 2 ) 分别为四边简支的矩形薄不锈钢板面内自振频率和弯曲自振频率的复数形式; as,bs,hs分别为不锈钢板的长度、宽度和厚度; ρ s ,υ s ,Y s E = Y ^ s E (1+η s j) 为不锈钢板的密度、泊松比、复杨氏模量; Ν x = Ν ^ x e jωt ,Ν y = Ν ^ y e jωt ; X pq = 4 a s qπ × Ν ^ x ( cos pπx 1 a s -cos pπx 3 a s )( cos qπy 1 b s -cos qπy 3 b s ),Y pq = 4 b s pπ Ν ^ y ( cos pπx 1 a s -cos pπx 3 a s )( cos qπy 1 b s -cos qπy 3 b s ),F mn = 2 a s b s ρ s ( b s m a s n Ν ^ x + a s n b s m Ν ^ y )( cos mπx 3 a s -cos mπx 1 a s )×( cos mπy 1 b s -cos mπy 3 b s ) ; x1,x3,y1,y3为PZT边缘的坐标。考虑1/4PZT与对应的1/4不锈钢板的相互作用,PZT的等效速度表达式为
通过分析PZT的导纳实部和虚部曲线的变化只能定性的判断不锈钢板的均匀腐蚀损伤,无法量化均匀腐蚀程度。使用所提的监测方法来定量评价不锈钢板均匀腐蚀,首先,分别选取每个频段中峰值最大处对应的共振频率,如1号不锈钢板选取实部曲线中的共振频率分别为94.573 kHz,128.537 kHz,160.118 kHz,选取虚部曲线中的共振频率分别为94.554 kHz,128.462 kHz,160.08 kHz。然后,选取腐蚀前、腐蚀1天、2天、3天、4天的导纳实部和虚部信号,计算不同腐蚀程度下的-Δf,最后,分别建立了这些共振点的-Δf与Δh、Δm之间的线性关系,根据所得到的线性关系来量化和预测不锈钢板均匀腐蚀程度。图4和图5显示,随着不锈钢板均匀腐蚀程度的增加,实部和虚部曲线中的共振点的-Δf都呈线性增加趋势。-Δf与Δh、Δm之间的线性拟合都很良好,线性相关系数都能达到0.99以上。拟合的直线的截距都接近于0,当没有均匀腐蚀发生时,共振频率不发生变化,说明跟实际情况较符合。同一腐蚀程度下,实部和虚部曲线中相对应的共振点的-Δf基本相同,实部曲线中的共振点与其对应的虚部曲线中的共振点所拟合直线的斜率的大小一致,说明实部和虚部曲线中相对应的共振频率对不锈钢板均匀腐蚀的敏感性相同,从实部和虚部曲线中得到的-Δf与Δh、Δm的线性关系模型都能有效监测不锈钢板的均匀腐蚀,而通过统计学指标量化损伤程度时,导纳虚部信号通常比实部信号的敏感性低,且不能有效消除外界因素的影响。较高的共振频率点对应的斜率大于较低的共振频率点所对应的斜率,说明较高模态对应的共振频率对不锈钢板的均匀腐蚀损伤更加敏感,在保证电导纳信号清晰、模态密集,满足对所需监测均匀腐蚀范围的有效识别的条件下,适当选择较高的测量频段更有利于对不锈钢板均匀腐蚀损伤的监测。
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机外场腐蚀损伤检测方法研究[J]. 张幸,何卫平. 装备环境工程. 2014(06)
[2]一种埋入型PZT的三维等效机电阻抗模型——第二部分:应用[J]. 左春愿,冯新,周晶. 振动与冲击. 2014(21)
[3]一种埋入型PZT的三维等效机电阻抗模型——第一部分:理论[J]. 左春愿,冯新,周晶. 振动与冲击. 2014(21)
[4]钢制管塔腐蚀的超声导波检测[J]. 马君鹏,杨贤彪,陈大兵,李夕强,丁杰. 无损检测. 2014(08)
[5]不锈钢在核电中的应用[J]. 焦殿辉. 中国金属通报. 2012(02)
[6]板类结构的阻抗建模方法研究[J]. 郭振勇,冯新. 青岛理工大学学报. 2011(01)
[7]基于压电导纳的钢框架螺栓松动检测试验研究[J]. 王丹生,朱宏平,鲁晶晶,王伟. 振动与冲击. 2007(10)
[8]涡流新技术在油罐底板腐蚀检测中的应用[J]. 谭小川,刘丽川,柳明. 无损检测. 2004(10)
本文编号：3357143
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
实验设置
式中: w,u,v分别为不锈钢板的挠度函数、 x向和y向的位移函数; m,n,p,q为模态阶数; ? pq = Y s E π 2 4ρ s (1-υ s 2 ) ( ( p a s ) 2 +( q b s ) 2 )((3-υ s )±(1+υ s )) 、 ω mn =π 2 h s Y s E 12ρ s (1-υ s 2 ) ( ( m a s ) 2 +( n b s ) 2 ) 分别为四边简支的矩形薄不锈钢板面内自振频率和弯曲自振频率的复数形式; as,bs,hs分别为不锈钢板的长度、宽度和厚度; ρ s ,υ s ,Y s E = Y ^ s E (1+η s j) 为不锈钢板的密度、泊松比、复杨氏模量; Ν x = Ν ^ x e jωt ,Ν y = Ν ^ y e jωt ; X pq = 4 a s qπ × Ν ^ x ( cos pπx 1 a s -cos pπx 3 a s )( cos qπy 1 b s -cos qπy 3 b s ),Y pq = 4 b s pπ Ν ^ y ( cos pπx 1 a s -cos pπx 3 a s )( cos qπy 1 b s -cos qπy 3 b s ),F mn = 2 a s b s ρ s ( b s m a s n Ν ^ x + a s n b s m Ν ^ y )( cos mπx 3 a s -cos mπx 1 a s )×( cos mπy 1 b s -cos mπy 3 b s ) ; x1,x3,y1,y3为PZT边缘的坐标。考虑1/4PZT与对应的1/4不锈钢板的相互作用,PZT的等效速度表达式为
通过分析PZT的导纳实部和虚部曲线的变化只能定性的判断不锈钢板的均匀腐蚀损伤,无法量化均匀腐蚀程度。使用所提的监测方法来定量评价不锈钢板均匀腐蚀,首先,分别选取每个频段中峰值最大处对应的共振频率,如1号不锈钢板选取实部曲线中的共振频率分别为94.573 kHz,128.537 kHz,160.118 kHz,选取虚部曲线中的共振频率分别为94.554 kHz,128.462 kHz,160.08 kHz。然后,选取腐蚀前、腐蚀1天、2天、3天、4天的导纳实部和虚部信号,计算不同腐蚀程度下的-Δf,最后,分别建立了这些共振点的-Δf与Δh、Δm之间的线性关系,根据所得到的线性关系来量化和预测不锈钢板均匀腐蚀程度。图4和图5显示,随着不锈钢板均匀腐蚀程度的增加,实部和虚部曲线中的共振点的-Δf都呈线性增加趋势。-Δf与Δh、Δm之间的线性拟合都很良好,线性相关系数都能达到0.99以上。拟合的直线的截距都接近于0,当没有均匀腐蚀发生时,共振频率不发生变化,说明跟实际情况较符合。同一腐蚀程度下,实部和虚部曲线中相对应的共振点的-Δf基本相同,实部曲线中的共振点与其对应的虚部曲线中的共振点所拟合直线的斜率的大小一致,说明实部和虚部曲线中相对应的共振频率对不锈钢板均匀腐蚀的敏感性相同,从实部和虚部曲线中得到的-Δf与Δh、Δm的线性关系模型都能有效监测不锈钢板的均匀腐蚀,而通过统计学指标量化损伤程度时,导纳虚部信号通常比实部信号的敏感性低,且不能有效消除外界因素的影响。较高的共振频率点对应的斜率大于较低的共振频率点所对应的斜率,说明较高模态对应的共振频率对不锈钢板的均匀腐蚀损伤更加敏感,在保证电导纳信号清晰、模态密集,满足对所需监测均匀腐蚀范围的有效识别的条件下,适当选择较高的测量频段更有利于对不锈钢板均匀腐蚀损伤的监测。
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机外场腐蚀损伤检测方法研究[J]. 张幸,何卫平. 装备环境工程. 2014(06)
[2]一种埋入型PZT的三维等效机电阻抗模型——第二部分:应用[J]. 左春愿,冯新,周晶. 振动与冲击. 2014(21)
[3]一种埋入型PZT的三维等效机电阻抗模型——第一部分:理论[J]. 左春愿,冯新,周晶. 振动与冲击. 2014(21)
[4]钢制管塔腐蚀的超声导波检测[J]. 马君鹏,杨贤彪,陈大兵,李夕强,丁杰. 无损检测. 2014(08)
[5]不锈钢在核电中的应用[J]. 焦殿辉. 中国金属通报. 2012(02)
[6]板类结构的阻抗建模方法研究[J]. 郭振勇,冯新. 青岛理工大学学报. 2011(01)
[7]基于压电导纳的钢框架螺栓松动检测试验研究[J]. 王丹生,朱宏平,鲁晶晶,王伟. 振动与冲击. 2007(10)
[8]涡流新技术在油罐底板腐蚀检测中的应用[J]. 谭小川,刘丽川,柳明. 无损检测. 2004(10)
本文编号：3357143
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