轴承内圈疲劳状态评估方法研究
发布时间：2021-11-14 13:41
疲劳是工件长期承受循环应力变化导致的一种破坏现象,广泛产生于轴承、钢轨、齿轮等机械零部件中。疲劳状态与关键零部件的健康状况密切相关,直接关系到高铁、风电、船舶和飞机等重大装备的安全运行和在役寿命。疲劳状态监测是领域内的前沿性研究课题,然而目前疲劳状态无损检测设备存在经济成本高,环境噪声干扰严重,难以大规模自动化检测等问题。本课题针对以上不足,提出基于初始磁导率的脉冲无损检测方法对滚动轴承内圈的疲劳状态进行评估,以期为关键零部件质量保障和重大装备安全运行做出贡献,论文研究内容主要包括:（1）电磁检测方法。从微观角度出发,叙述了铁磁性物体中磁畴在磁化过程中的变化状态,针对磁畴壁在磁场变强过程中发生的不可逆位移现象,提出采用基于初始磁导率的方法来进行缺陷检测,并通过等效电路模型验证了检测方案的可行性。之后通过电磁学基本理论推导出趋肤效应的影响因素主要为电磁场的激励频率,并对本文使用的脉冲激励信号进行频谱特性分析。（2）差分式传感器。通过对比几种不同差分方式的传感器,选定了电差分式传感器作为本课题的传感器设计方案,采用Maxwell低频电磁场仿真软件建立了脉冲信号对轴承内圈检测的仿真模型,仿真...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
关键零部件表面剥落点蚀裂纹形貌
东南大学硕士学位论文里斯本大学的无损检测研究团队注重新方法的开发。为了有效检测由于环境恶劣而造成的管道局部表薄的现象，他们提出了瞬态涡流震荡（Transient Eddy CurrentOscillations，TECO）的检测方案[21]，并通过支持向量机对实验数据的统计分析来提高检测的准确性。此外对于非导电覆盖层，他们提出通过频率域的交点来消除由于测试材料的厚度偏差而产生的虚假信号[22]。此外，他们还提出了一种速度感应涡流的无损检测方法[23]，这种新方法的探头是永久磁铁，在速度场中试件会产生感应涡流，通过霍尔传感器可以将这个变化有效的检测到，从而实现了无损检测，涡流感应传感器如图1-3 所示。为了提高这种新方法的检测准确率，他们还比较了巨磁阻传感器和线圈对于高速移动检测品中涡流的检测能力，并通过人造铝板缺陷来进行对比分析[24]。
通过霍尔传感器可以将这个变化有效的检测到，从而实现了无损检测，涡流感应传感器如图1-3 所示。为了提高这种新方法的检测准确率，他们还比较了巨磁阻传感器和线圈对于高速移动检测品中涡流的检测能力，并通过人造铝板缺陷来进行对比分析[24]。图 1-2 用于高温容器的 EMAT 截面示意图 图 1-3 速度涡流感应传感器总而言之，目前国外许多高校在进行电磁无损检测的研究，高精密产品的不断面世以及关键零部件在极端环境下运行都对无损检测提出了更大的挑战，而新的检测方法以及检测精度的优化都使得电磁无损检测在不断的向前发展。本课题正是在电磁检测理论相对成熟，电磁场仿真软件能力显著增强以及检测设备相关工艺流程成熟的情况下提出的针对滚动接触疲劳检测的一种新的应用。1.2.2 国内研究进展（1） 南昌航空大学近年来，南昌航空大学依托无损检测技术教育部重点实验室对电磁无损检测理论和方法进行了大量的研究。其中任尚坤教授带领团队对 20#钢构件应力疲劳检测进行了研究，提出了灵敏微分磁导率的检测技术，并严格推导证明了检测信号与微分磁导率的关系。疲劳试验表明随着循环次数的增加，疲劳损伤程度会加深，检测信号强度也会逐渐增加[25]。利用该方法，任尚坤教授还对 35 钢和 235 钢的早期应力集中状况和疲劳损伤程度进行了研究，效果显著。付跃文教授带领团队将研究重点放在了带包覆层的铁磁性管道和飞机多层结构的无损检测研究当中。对于带包覆层的铁磁性管道，付教授团队进行了大量有限元数值仿真和实验研究，如图1-4所示，得出了横向探头在检测油管腐蚀优于纵向探头的结论[26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]针对钢腐蚀疲劳损伤的非线性Rayleigh波检测方法[J]. 高翠翠,李海洋,王召巴. 科学技术与工程. 2018(01)
[2]城市轨道交通钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生预测[J]. 吴强. 上海工程技术大学学报. 2017(04)
[3]滚动体行业“十三五”技术发展方向[J]. 张永乾. 轴承. 2017(09)
[4]无线自动爬行漏磁检测仪的开发研制[J]. 沈功田,武新军,郭锴,万强,李建. 无损检测. 2017(08)
[5]汽车变速器齿轮偏载点蚀失效分析及优化设计[J]. 白学斌,刘志勇,张晓丽,马振辉. 传动技术. 2017(02)
[6]滚动接触疲劳寿命预测方法综述[J]. 李旭东,张仕朝,刘祎. 航空精密制造技术. 2017(03)
[7]不忘建设世界轴承强国的初心——《全国轴承行业“十三五”发展规划》解读[J]. 何加群. 轴承. 2017(05)
[8]承压设备脉冲涡流检测技术研究及应用[J]. 沈功田,李建,武新军. 机械工程学报. 2017(04)
[9]基于电磁波反射和折射理论的平底孔试件脉冲涡流检测解析模型[J]. 张卿,武新军. 物理学报. 2017(03)
[10]航空发动机轴承剥落分析[J]. 班君,郑艳华,刘秀莲,罗燕,姜铁寅. 失效分析与预防. 2016(06)
博士论文
[1]涡流脉冲热成像检测铁轨滚动接触疲劳的方法研究[D]. 彭建平.西南交通大学 2015
[2]亚纳米精度电涡流传感器的理论和设计研究[D]. 王洪波.中国科学技术大学 2015
硕士论文
[1]高性能轴承钢接触疲劳及诊断系统的研究[D]. 戴薇薇.北京交通大学 2016
[2]基于声发射的轴承滚动接触疲劳量化诊断技术研究[D]. 裴桃林.燕山大学 2016
[3]面向生物组织的EMT传感器特性研究[D]. 周旭.南京理工大学 2016
[4]涡流检测系统设计与信号处理算法研究[D]. 庞磊.中北大学 2015
[5]滚动轴承噪声检测及故障诊断实验平台设计[D]. 王波.宁夏大学 2015
[6]高速铁路裂纹漏磁检测技术研究[D]. 李东.南京航空航天大学 2015
[7]发动机连杆的无损检测及疲劳寿命的研究[D]. 赵永利.辽宁工程技术大学 2005
本文编号：3494740
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
关键零部件表面剥落点蚀裂纹形貌
东南大学硕士学位论文里斯本大学的无损检测研究团队注重新方法的开发。为了有效检测由于环境恶劣而造成的管道局部表薄的现象，他们提出了瞬态涡流震荡（Transient Eddy CurrentOscillations，TECO）的检测方案[21]，并通过支持向量机对实验数据的统计分析来提高检测的准确性。此外对于非导电覆盖层，他们提出通过频率域的交点来消除由于测试材料的厚度偏差而产生的虚假信号[22]。此外，他们还提出了一种速度感应涡流的无损检测方法[23]，这种新方法的探头是永久磁铁，在速度场中试件会产生感应涡流，通过霍尔传感器可以将这个变化有效的检测到，从而实现了无损检测，涡流感应传感器如图1-3 所示。为了提高这种新方法的检测准确率，他们还比较了巨磁阻传感器和线圈对于高速移动检测品中涡流的检测能力，并通过人造铝板缺陷来进行对比分析[24]。
通过霍尔传感器可以将这个变化有效的检测到，从而实现了无损检测，涡流感应传感器如图1-3 所示。为了提高这种新方法的检测准确率，他们还比较了巨磁阻传感器和线圈对于高速移动检测品中涡流的检测能力，并通过人造铝板缺陷来进行对比分析[24]。图 1-2 用于高温容器的 EMAT 截面示意图 图 1-3 速度涡流感应传感器总而言之，目前国外许多高校在进行电磁无损检测的研究，高精密产品的不断面世以及关键零部件在极端环境下运行都对无损检测提出了更大的挑战，而新的检测方法以及检测精度的优化都使得电磁无损检测在不断的向前发展。本课题正是在电磁检测理论相对成熟，电磁场仿真软件能力显著增强以及检测设备相关工艺流程成熟的情况下提出的针对滚动接触疲劳检测的一种新的应用。1.2.2 国内研究进展（1） 南昌航空大学近年来，南昌航空大学依托无损检测技术教育部重点实验室对电磁无损检测理论和方法进行了大量的研究。其中任尚坤教授带领团队对 20#钢构件应力疲劳检测进行了研究，提出了灵敏微分磁导率的检测技术，并严格推导证明了检测信号与微分磁导率的关系。疲劳试验表明随着循环次数的增加，疲劳损伤程度会加深，检测信号强度也会逐渐增加[25]。利用该方法，任尚坤教授还对 35 钢和 235 钢的早期应力集中状况和疲劳损伤程度进行了研究，效果显著。付跃文教授带领团队将研究重点放在了带包覆层的铁磁性管道和飞机多层结构的无损检测研究当中。对于带包覆层的铁磁性管道，付教授团队进行了大量有限元数值仿真和实验研究，如图1-4所示，得出了横向探头在检测油管腐蚀优于纵向探头的结论[26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]针对钢腐蚀疲劳损伤的非线性Rayleigh波检测方法[J]. 高翠翠,李海洋,王召巴. 科学技术与工程. 2018(01)
[2]城市轨道交通钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生预测[J]. 吴强. 上海工程技术大学学报. 2017(04)
[3]滚动体行业“十三五”技术发展方向[J]. 张永乾. 轴承. 2017(09)
[4]无线自动爬行漏磁检测仪的开发研制[J]. 沈功田,武新军,郭锴,万强,李建. 无损检测. 2017(08)
[5]汽车变速器齿轮偏载点蚀失效分析及优化设计[J]. 白学斌,刘志勇,张晓丽,马振辉. 传动技术. 2017(02)
[6]滚动接触疲劳寿命预测方法综述[J]. 李旭东,张仕朝,刘祎. 航空精密制造技术. 2017(03)
[7]不忘建设世界轴承强国的初心——《全国轴承行业“十三五”发展规划》解读[J]. 何加群. 轴承. 2017(05)
[8]承压设备脉冲涡流检测技术研究及应用[J]. 沈功田,李建,武新军. 机械工程学报. 2017(04)
[9]基于电磁波反射和折射理论的平底孔试件脉冲涡流检测解析模型[J]. 张卿,武新军. 物理学报. 2017(03)
[10]航空发动机轴承剥落分析[J]. 班君,郑艳华,刘秀莲,罗燕,姜铁寅. 失效分析与预防. 2016(06)
博士论文
[1]涡流脉冲热成像检测铁轨滚动接触疲劳的方法研究[D]. 彭建平.西南交通大学 2015
[2]亚纳米精度电涡流传感器的理论和设计研究[D]. 王洪波.中国科学技术大学 2015
硕士论文
[1]高性能轴承钢接触疲劳及诊断系统的研究[D]. 戴薇薇.北京交通大学 2016
[2]基于声发射的轴承滚动接触疲劳量化诊断技术研究[D]. 裴桃林.燕山大学 2016
[3]面向生物组织的EMT传感器特性研究[D]. 周旭.南京理工大学 2016
[4]涡流检测系统设计与信号处理算法研究[D]. 庞磊.中北大学 2015
[5]滚动轴承噪声检测及故障诊断实验平台设计[D]. 王波.宁夏大学 2015
[6]高速铁路裂纹漏磁检测技术研究[D]. 李东.南京航空航天大学 2015
[7]发动机连杆的无损检测及疲劳寿命的研究[D]. 赵永利.辽宁工程技术大学 2005
本文编号：3494740
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