铁磁性材料电磁超声信号的高速采集与分析

发布时间：2018-01-09 02:10

本文关键词：铁磁性材料电磁超声信号的高速采集与分析　出处：《天津工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：金属材料由于具有强度高、耐高温、制造方便等特点,在航空航天、铁路运输、电力等领域得到广泛应用。金属工件在恶劣的工作环境或高强度的工作状态下薄弱位置易形成活性裂纹(工作载荷下可产生弹性波的缺陷),高强度材料的活性裂纹容易导致金属工件突然断裂造成设备失效甚至灾难性事故,因此对裂纹进行检测,判定裂纹的活性,评估裂纹的疲劳损伤程度十分必要。电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)因其非接触的检测特点以及能够激发出多种类型的超声波,在无损检测和评估领域得到广泛应用,但如何用其判定裂纹的活性尚未得到广泛的研究。电磁声发射检测技术能够对微细裂纹进行检测并判定其活性,因此本文根据基于涡流的金属裂纹电磁声发射检测原理,结合EMAT的换能机理,提出了一种基于EMAT的金属裂纹电磁声发射检测方法。本文首先在考虑磁致伸缩效应的基础上,建立了铁磁材料唯象本构模型,基于此建立了表面波EMAT的金属裂纹电磁声发射激发结构有限元分析模型,并对激发结构中电磁场-力场-位移场等多场耦合机制进行了仿真分析;其次基于LABVIEW的图形化编程软件以及MATLAB强大的数据处理功能,通过LABVIEW与MATLAB的混合编程,构建了具有输出激励信号、数据采集、信号处理、数据存储等功能于一体的虚拟仪器;结合EMAT及其电磁加载设备搭建了完整的实验系统;最后,根据上述系统对薄金属板的活性裂纹进行电磁声发射实验,采集声发射信号,应用小波包分解重构及FFT变换等信号处理方法,提取声发射信号特征。仿真和实验结果表明,在洛伦兹力和磁致伸缩应力共同作用下,在45#薄钢板样品的裂纹尖端将引起应力集中现象,随着激励电流的线性增加,其力也随之线性增大并使裂纹自身高频振动甚至尖端屈服,随着内部能量的快速释放,瞬间释放声发射信号。将仿真和实验数据进行对比分析,得出声发射信号强度随激励电流幅值的变化规律以及声发射信号所在频率范围大致为200～300kHz,结合声发射理论、凯瑟效应以及断裂力学,给出了金属裂纹活性的判定依据,验证了应用EMAT对金属裂纹实现电磁声发射检测是可行的,拓展了 EMAT的检测功能,为EMAT在实际检测中判定裂纹活性提供了理论和实践指导,其理论和应用价值明确。
[Abstract]:Electromagnetic Acoustic Emission ( EMAT ) has been widely used in the fields of aerospace , railway transportation , electric power , etc . It has been widely used in the fields of aerospace , railway transportation and electric power . The detection function of EMAT is expanded , which provides theoretical and practical guidance for the determination of crack activity in actual detection of EMAT , and its theory and application value are clear .

【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM271

【参考文献】