25CrMo4合金结构钢的力─磁效应研究

发布时间：2021-01-05 02:35

　　本文以高速铁路列车轮对安全性检测为目的,对金属磁记忆检测方法在轮对早期故障检测方面的应用进行了基础性研究。重点研究内容为“和谐号”高速列车的轮对材料25CrMo4合金结构钢的力—磁效应。根据磁性物理学、金属磁化理论和热力学理论,分析探讨了合金钢内部能量变化规律并建立了金属力-磁效应的磁化模型。以25CrMo4钢为研究对象,分别进行了不同载荷下的非标准尺寸试样准静力拉伸实验,进行了试样表面漏磁场的在线测量和经过不同程度拉伸并卸载后表面泄漏磁场的测量。与此同时,对与试样同尺寸的板件模型进行了线弹性范围内的应力有限元仿真,并将其Ansys数值仿真结果与磁场测量结果进行了对比。结果表明:试样在拉伸试验中,在试件中部漏磁场值在载荷较小时变化平缓且分布均匀,在靠近边缘位置磁记忆信号骤增,此处与最终出现屈服位置是相同的,从而说明利用磁记忆方法对铁磁构件的应力集中部位进行评价是切实可行的;从频谱角度出发,通过对仿真及实验数据进行频谱分析,探究了磁记忆信号的频谱特征与应力关系,发现重载下磁记忆信号高度抗干扰性与收敛性,此特性能为铁路车辆安全性检测提供极大便利;通过空间插值法拓展了有限的磁记忆信号与应力关... 

【文章来源】：上海应用技术大学上海市

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

技术路线

高速列车轮对工作于地磁场环境中，由于在无外应力作用下构件表面近似为光滑连续的，地球磁感线穿过构件形成自然磁化的均匀磁畴，不会在构件表面产生异常磁力线泄漏。当有外部载荷施加与材料时，则能够引发材料内部产生磁畴的定向变化，从而产生部分位置的磁力线泄露，在构件表面产生漏磁场。本实验应用 Ansys 软件进行有限元分析需采取 APDL 参数化语言[58-62]。对于工程中应用的仿真模型来说，模型经常需要改进与创新应用，每次分析都对该构件进行重建模型分析需要的时间成本较高，此时便要求参数化设计语言能够对初次分析时的操作记录文件进行部分修改，便能够完成新任务分析，有效减少了更新模型重新分析的时间成本，考虑到本实验需要对不同载荷下的试件进行分析比对，故本实验的模拟分析中部分步骤需要使用 APDL。为能够体现不同应力对磁记忆信号的影响程度，本模拟分析需要应用分次耦合方式，对板件赋予预设磁导率，模拟其在地磁场环境下的磁分布状态，对 25CrMo4 合金结构钢进行数值模拟。为方便仿真数据进行实验对比验证，仿真所建模型需要和静力拉伸实验条件要求的板件尺寸一致。板件尺寸如图 3.1 所示。

图 3.2 数值模拟流程Fig. 3.2 Numerical simulation process3.1.1 建立有限元模型为方便获取与整理板件中仿真拉伸下产生的应力分布与节点应变量，静力学仿真中需要划分更整齐的网格，故选择 solid185 单元。此单元是 8 节点 6 面体单元，某些环境下可退化为 6 节点 5 面体或 4 面体单元。Solid185 单元状态如图 3.3 所示。图 3.3 solid185 单元Fig. 3.3 Solid185 element由于 25CrMo4 合金结构钢工作载荷下始终处于线弹性应变状态，故数值模拟中静


本文编号：2957847