钢丝绳应力与损伤磁记忆信号量化关系研究

发布时间：2020-05-08 05:34

【摘要】：钢丝绳广泛应用于矿山、建筑、桥梁等工程领域,在长期高频工作中,存在磨损、断丝、强度值下降、锈蚀等缺陷,如果不能及时检测替换,钢丝绳一旦破断,会造成重大事故。目前金属磁记忆检测作为一种新兴的钢丝绳无损检测技术,可对钢丝绳应力集中及缺陷部位进行定位,但对其应力状态及损伤程度的量化关系研究不足。针对钢丝绳应力状态及损伤程度的量化关系问题,本文以磁机械效应为理论基础,以试验和数值仿真技术为手段,通过“丝—股—绳”空间形态由简单到复杂的试验研究思路,对钢丝绳不同应力状态和损伤程度的磁记忆信号变化规律做了深入研究,系统证明了磁机械效应、力-磁耦合理论和磁偶极子模型理论,并针对“丝”、“股”、“绳”状态提出了相对应的磁记忆信号判别特征量,为钢丝绳磁记忆检测提供重要的理论依据。针对单丝不同缺陷参数及单丝不同受力状态下磁记忆信号强度及应力相关关系问题,开展了不同缺陷参数(缺陷宽度b=lmm、2mm、3mm,缺陷深度h=0.1d、0.2d、0.3d)下的单丝拉伸试验、单丝弯曲和扭转试验,获得了不同缺陷参数下及不同受力状态下单丝各截面应力,同时应用磁记忆涡流检测仪监测各荷载步下,试件随荷载增加时的磁记忆信号变化全过程,获得单丝各截面的法向漏磁场强度及单丝磁记忆特征量,系统分析单丝各截面应力在不同缺陷参数下及不同受力状态下磁记忆信号变化特征,得出峰值及过零点现象可判别试件的缺陷位置,缺陷深度变化对磁信号幅值的影响较大;过零点位置结合梯度值曲线的极值位置可准确的定位试件缺陷位置;不对称弯曲应力下的磁记忆信号突变极值点现象,可判别钢丝受弯时危险截面位置;磁记忆信号曲线在塑性扭转阶段的突变极值点可判断损伤位置,磁记忆信号增量均方差关系曲线可划分单丝塑性扭转受力阶段危险区段,可将曲线极小值点作为单丝扭转破坏前的预警点。针对单股钢丝绳不同缺陷工况下磁记忆信号特征量与钢绞线损伤判别方法问题,开展不同缺陷深度下钢绞线试件的拉伸试验,监测试件表面缺陷位置及光滑位置处在不同荷载等级下的磁记忆信号变化,获得试件的整体磁记忆信号与荷载的对应关系,发现单纯利用磁记忆信号曲线过零点现象并不能够准确判别钢丝绳缺陷位置,梯度曲线极值点判别方法在初始状态时准确率较高,在加载阶段判别效果不明显。采用增量分析法绘制各级荷载下磁记忆信号曲线,明确构件的增量幅值阈值,揭示增量幅值阈值与构件工作状态的内在关联,建立了基于增量幅值阈值的带损伤钢绞线承载力安全状态判别方法。针对钢丝绳不同断丝工况下整绳拉伸应力与磁记忆信号强度演化规律问题,开展无断丝及不同断丝工况下钢丝绳整绳拉伸试验,监测不同荷载等级下不同工况钢丝绳磁记忆信号变化,对比分析无断丝和有断丝钢丝绳磁记忆信号曲线,发现断丝数量对磁记忆信号影响较为显著。通过磁记忆信号曲线和梯度曲线的最大极值点判别了整绳的损伤位置,并通过绘制的增量均方差曲线对钢丝绳的受力状态进行界定,明确了不同工况下整绳拉伸应力与磁记忆信号强度演化规律,完成了钢丝绳早期预警工作。将缺陷及断丝诱发的钢丝绳损伤判别视为钢丝绳应力变化导致磁记忆信号改变的问题,基于磁机械效应及力-磁耦合理论,考虑弹性阶段及塑性阶段磁特性参数(磁导率、矫顽力)随铁磁构件应力变化的不同规律,创新性地提出考虑磁导率和矫顽力影响的力-磁耦合修正模型。利用APDL语言编制数值程序,与试验结果相比,发现改进模型可以较好地分析受扭钢丝的力-磁耦合模拟问题。
【图文】：

应力集中处,漏磁场

应力集中处漏磁场特点

技术路线图

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【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU511.32

【参考文献】