基于磁特性参数的钢丝绳疲劳损伤检测研究

发布时间：2017-12-14 12:27

  本文关键词：基于磁特性参数的钢丝绳疲劳损伤检测研究

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【摘要】：钢丝绳作为提升及承载设备,在生产、运输等诸多领域具有广泛的应用,其安全性至关重要。钢丝绳在长期工作运行中会产生不同程度的疲劳损伤,由于钢丝绳结构复杂且不易检测,疲劳损伤后表面没有明显的塑性变形和裂纹,经常在远小于材料的屈服极限和强度极限的情况下突发断裂,致使整台设备失效、断裂等,给工业生产和人身安全带来极大的隐患,因此,研究出一种新的疲劳损伤检测方法迫在眉睫,既能确保钢丝绳在出现严重的疲劳损伤之前及时更换,又能确保设备的安全运行而且不产生资源浪费,这对实际工程应用具有重要的意义。为此,本文在基于国内外钢丝绳安全诊断状况和实验室现有设备的基础上,提出了基于磁特性参数检测钢丝绳疲劳损伤的研究原理和方法。首先根据钢丝绳疲劳损伤导致材料内部微观变化规律,建立钢丝绳微观组织变化与磁特性参数之间的关系模型。对钢丝绳疲劳损伤累积、裂纹萌生、裂纹扩展、瞬间断裂几个阶段微观变化作出具体分析,结合钢丝绳外表面金相组织的变化,阐述了疲劳损伤导致钢丝绳磁特性参数发生变化的内外原因。根据钢丝绳磁机械性能,建立了疲劳损伤与磁特性参数之间的理论关系。其次,基于线圈传感器检测法,以磁路定律和传感器设计原理为理论基础,分别对励磁器和传感器进行参数设计。对励磁器结构进行有限元仿真和测量分析,根据励磁效果择优选出,然后对其磁场进行分析,确定励磁线圈长度;建立磁回路,确定套筒及磁极的各设计参数;根据钢丝绳励磁要求,经计算及仿真分析,得出励磁信号的频率及电压值。传感器设计首先确定检测线圈的各参数,然后根据提离值越小检测结果越精确的试验结果确定检测线圈的直径,最后对积分器电路进行设计,做出检测装置。最后,以钢棒代替钢丝绳,通过疲劳实验和SEM显微观测,得到不同循环次数下的钢棒内部SEM图和断口SEM图,通过具体分析微观组织变化,明确了疲劳裂纹萌生机制。以实验数据为依据,建立微观结构变化与磁参数的关系模型,得出微观裂纹萌生期时对矫顽力的影响较大,裂纹扩展期时对剩磁的影响较大等结论,以微观结构变化与磁参数关系为中间量,建立钢丝绳疲劳损伤与磁参数之间的关系模型。根据疲劳损伤对多种磁参数的不同影响,利用磁滞回线包含多个磁特性参数的优点来对疲劳损伤进行检测。利用实验室现有设备,结合自制的检测装置,通过Lab VIEW设计出采集程序,研制了钢丝绳疲劳损伤检测平台。通过Matlab软件对数据进行分段拟合,绘制出不同疲劳损伤的磁滞回线,并对其结果进行试验验证。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG115.28;TG356.45

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本文编号：1287903