基于特征微分磁导率的铁磁材料检测方法研究

发布时间：2017-08-25 14:26

  本文关键词：基于特征微分磁导率的铁磁材料检测方法研究

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【摘要】：特征微分磁导率检测技术是一种新兴的电磁无损检测方法。通过对铁磁试件微分磁导率极大值的检测,该技术可用于评价和检测铁磁构件的应力集中状况、疲劳损伤程度和微观结构变化。该技术可对铁磁构件的损伤做出早期诊断,评估其使用寿命,在预防和诊断由铁磁构件失效引起的生产事故中,具有较高的应用价值。本文介绍了特征微分磁导率检测技术的国内外研究现状。基于力磁效应理论,阐述了特征微分磁导率的检测机理。采用ANSYS有限元仿真软件建立了特征微分磁导率检测技术的二维仿真试验模型。搭建了特征微分磁导率检测技术的试验平台,并完成了铁磁试件应力集中和疲劳试验。被检铁磁材料所受应力与其初始微分磁导率之间具有线性关系。特征微分磁导率检测信号u与待测试件密切相关,检测信号可直接反应待测试件的微分磁导率。利用ANSYS仿真模拟和试验研究,得出特征微分磁导率的最佳激励频率存在于较低的频段(一百赫兹左右),以及在1Vpp~3Vpp之间选取激励电压值。在检测探头的输出端添加了二阶带通滤波器,滤除了检测探头在复杂电磁场和力学试验环境下受到的干扰。检测信号经真有效值变换模块、数据采集卡和A/D转换后,输入至上位机程序,进行连续显示。特征微分磁导率检测技术的拉伸试验中,在铁磁试件达到屈服强度之前,当试件所受拉应力或残余应力匀速增加时,微分磁导率值呈线性减小的变化趋势,检测信号的变化量达到140mV。特征微分磁导率检测技术疲劳试验中,发现铁磁试件疲劳区的微分磁导率值小于非疲劳区的微分磁导率值,最大差值达到52m V。试验结果验证了特征微分磁导率检测技术可以灵敏地检测出铁磁材料内部存在的应力集中和疲劳损伤。
【关键词】：微分磁导率 力磁效应 ANSYS 应力集中 疲劳损伤
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG115.28
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRCT5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 选题的依据及背景8-10
• 1.1.1 现有的应力集中检测方法8-9
• 1.1.2 论文研究目的和意义9-10
• 1.2 特征微分磁导率检测技术国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 课题研究内容12-14
• 第二章 特征微分磁导率检测技术的原理及仿真分析14-32
• 2.1 特征微分磁导率检测技术的检测原理14
• 2.2 特征微分磁导率检测技术的数学模型14-22
• 2.2.1 磁导率相关理论14-16
• 2.2.2 铁磁性物质的特征微分磁导率16-18
• 2.2.3 电磁感应原理18-19
• 2.2.4 应力对铁磁试件内部磁通的影响19
• 2.2.5 应力对铁磁试件初始磁导率的影响19-21
• 2.2.6 特征微分磁导率检测传感器的数学模型21-22
• 2.3 特征微分磁导率检测技术的有限元仿真分析22-31
• 2.3.1 ANSYS电磁分析简介22
• 2.3.2 特征微分磁导率检测技术仿真模型的建立22-24
• 2.3.3 加载和求解24-25
• 2.3.4 激励频率优化的仿真分析25-29
• 2.3.5 特征微分磁导率检测技术的仿真分析29-30
• 2.3.6 特征微分磁导率检测技术仿真分析结论30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 特征微分磁导率检测传感器系统的优化32-46
• 3.1 试验用磁芯33-36
• 3.2 线圈缠绕方式的优化36-39
• 3.3 检测参数的选定39-44
• 3.3.1 信号波形的选定39-40
• 3.3.2 最佳检测频率的确定40-43
• 3.3.3 最佳检测电压的确定43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 便携检测系统的设计46-60
• 4.1 激励信号源模块47-51
• 4.1.1 激励信号源的选择47-49
• 4.1.2 功率放大器49-51
• 4.2 检测信号处理模块51-54
• 4.2.1 带通滤波模块51-52
• 4.2.2 交直流变换模块52-54
• 4.3 上位机显示系统54-59
• 4.3.1 数据采集卡54-55
• 4.3.2 上位机界面55-57
• 4.3.3 数字滤波器设置57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 基于特征微分磁导率的检测试验研究60-72
• 5.1 铁磁试件制备60-62
• 5.2 特征微分磁导率检测技术试验系统62-64
• 5.3 特征微分磁导率检测技术应力集中与残余应力试验64-68
• 5.3.1 铁磁材料特征微分磁导率-应力试验结果与分析64-65
• 5.3.2 特征微分磁导率-应力上位机连续数据采集结果与分析65-66
• 5.3.3 铁磁材料特征微分磁导率-残余应力试验结果与分析66-68
• 5.4 特征微分磁导率检测技术疲劳试验68-70
• 5.4.1 特征微分磁导率检测技术疲劳试验方案68-69
• 5.4.2 特征微分磁导率检测技术疲劳试验结果与分析69-70
• 5.5 本章小结70-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 作者在读研期间科研情况说明78-79
• 致谢79-80

【参考文献】

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1 石松跃 ,田藏韬 ,华子先;高微分磁导率高镍矩磁合金[J];上海钢研;1976年02期

2 何云斌,万静,樊景云,万国庆;WGQ型微机式电磁无损检测仪在可锻铸铁件硬度检测上的应用[J];无损检测;2003年03期

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本文编号：737161