应力腐蚀裂纹涡流定量检测的多目标评价方法

足够精度的应力腐蚀裂纹无损定量方法研究,对确保核电站等大型结构的安全、高效运行具有重要应用价值。但是,由于微观结构复杂,应力腐蚀裂纹涡流定量检测常出现欠评估和多个极值的问题。为了充分利用多频涡流检测信号信息,提高重构精度,提出了应力腐蚀裂纹定量的多目标评价策略和求解多目标优化的ε-约束法。几个模拟的应力腐蚀裂纹重构结果表明,所提策略在提高应力腐蚀裂纹深度的定量精度上是有效的。     

基于平面线圈阵列传感器的铝板材料裂纹电涡流检测

设计并研制了一种采用平面PCB板工艺制作的线圈阵列式电涡流传感器,包括采用计算公式确定了平面圆形螺旋线圈的相关参数;采用ANSOFT有限元软件进行仿真,分析了试件裂纹缺陷处涡流场的分布状态;以非铁磁性材料铝板作为被测试件,对其上的预制裂纹进行检测,证明了这种平面线圈阵列传感器工作的有效性. 结果表明,这种平面线圈阵列式电涡流传感器能够有效检测铝板上的微小裂纹,且信号幅值等输出信号参数和裂纹的几何参数之间具有较好的相关性.      

金属微裂纹的谐振式涡流检测

本文用涡流谐振检测法对金属表面微裂纹的扩展进行测量.裂纹开裂面积对涡流有阻碍和切断作用,造成涡流检测线圈阻抗的相应变化,引起谐振电路品质因数升高、信号检测斜率增大.因此微小的表面裂纹和缺陷即可获得较大的信号电压输出.实际裂纹检测表明,这种方法灵敏度高、探测范围大,容易实现自动检测.     

钢杆小裂纹最佳涡流检测参数的实验研究

为了提高棒料钢杆小裂纹涡流检测的精度,减小由于检测参数的不恰当选取带来的非线性误差,基于实验模型,采用涡流检测仪和外置式探头,对25#钢3种不同直径0.1 mm深的裂纹在不同工作频率和不同提离值下进行涡流检测,得到检测的相位信息.通过研究不同工作频率和不同提离值对相位信号的影响,根据线性拟合平均标准差为最小原则,得到了棒料小裂纹涡流检测参数与相位信号呈线性关系的最佳检测参数区段,这对提高棒料小裂纹检测精度和外置式钢棒涡流检测参数的选择具有重要的指导作用.     

涡流检测信号的独立分量分析预处理

提出将一种求解盲源分离问题的独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)算法应用于自然裂纹涡流检测(Eddy Current Testing,ECT)信号的预处理中。利用一种基于负熵极大的FastICA算法,分别对实验产生的疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹ECT信号进行了处理,实现了ECT信号中缺陷分量与探头提离信号、部分噪声信号的有效分离。为了验证算法的有效性,同时采用小波分析算法对相同ECT信号进行了去噪处理。结果表明ICA算法在ECT信号处理中具有独特优势。     

含裂纹钢丝在应力腐蚀作用下的力学性能

为了研究含裂纹高强镀锌钢丝在应力腐蚀作用下的受拉力学性能，根据应力腐蚀试验、静力拉伸试验、电镜实验和有限元模拟的研究数据，建立了含裂纹高强钢丝的力学模型，给出了模型参数的计算方法，并对含裂纹钢丝的应力腐蚀机理和静力受拉性能进行了研究.结果表明，在静力拉伸破坏试验中，应力腐蚀下的含裂纹高强镀锌钢丝的决定性破坏因素是裂纹，刻痕的应力集中系数远大于正常腐蚀的蚀坑，钢丝力学性能的变化是由初始裂纹进一步腐蚀而引起的；当钢丝腐蚀较严重时，钢丝力学性能主要由裂纹及其底部蚀坑决定.     

裂纹方向对脉冲涡流激励热成像的影响

摘要：
通过建立不同方向裂纹的有限元模型,对利用脉冲涡流热成像技术检测铁磁和非铁磁金属材料的裂纹缺陷进行分析,讨论了不同方向裂纹对裂纹附近涡流场和温度场的影响,并提取试件表面温度最大值作为特征量来对裂纹方向角与几何尺寸的关系进行分析.同时,通过实验对数值分析结果进行验证.结果表明:在铁磁材料中,具有各种方向角的裂纹都可以检测到;而在非铁磁材料中,当方向角较小时难以检测出其裂纹.根据试件表面温度分布的对称特点,可对裂纹的走向进行初步判断;根据试件表面最大温度随着裂纹方向角的增大而呈线性增加,可进一步识别裂纹方向角. 关键词：
脉冲涡流热成像; 裂纹检测; 裂纹方向 中图分类号： TG 115.28
文献标志码： A     

基于智能算法的涡流检测自然裂纹形状重构

人工制作了疲劳裂纹试样,利用一种小波分析方法对采集的疲劳裂纹涡流检测(ECT)信号进行了去噪预处理及信号特征提取,通过破坏性检测方法获得了裂纹的真实形状.在建立疲劳裂纹参数化模型的基础上,利用经过处理的裂纹ECT信号与裂纹形状参数样本库对径向基函数(RBF)神经网络进行训练.采用遗传算法,通过创建大量表示裂纹形状参数个体的初始种群,输入经过训练的神经网络,得到对应的ECT预测信号;然后运用改进的遗传策略进行迭代反演优化,对裂纹形状最优解进行搜索.重构结果表明该方法具有快速、精确的优点.     

基于神经网络正向模型和遗传算法的涡流检测自然裂纹形状重构

提出了一种基于神经网络正向模型与遗传优化算法从疲劳裂纹涡流检测(eddy current testing, ECT)信号重构裂纹形状的方法.人工制作了疲劳裂纹试样,利用一种小波分析方法对采集的疲劳裂纹ECT信号进行了去噪预处理并提取了信号特征.随后通过破坏性检测方法获得了裂纹的真实形状.在建立疲劳裂纹参数化模型基础上,利用经过处理的裂纹ECT信号和裂纹形状参数样本库对径向基函数(Radial Basis Function, RBF)神经网络进行训练.遗传算法首先创建大量表示裂纹形状参数个体的初始种群,输入经过训练的神经网络,得到对应的ECT预测信号,然后运用遗传策略进行迭代反演优化,搜索裂纹形状最优解.重构结果表明该方法具有快速、精确的优点.     

基于神经网络正向模型和蚁群算法的涡流检测自然裂纹形状重构

以神经网络作为正向模型,蚁群优化算法作为反演方法,对采集的疲劳裂纹涡流检测(eddy current testing,ECT)信号进行了反演,重构了裂纹形状.研究了算法中参数的不同选择对反演结果的影响.裂纹形状重构结果表明了神经网络正向模型的有效性和蚁群反演算法的可行性.     

基于BP网络的涡流探伤裂纹信号特征提取的研究

用变频扫描励磁方法进行涡流定量检测以提取裂纹信号,利用三层结构的反向传播网络(Backpropagationnetwork,简称BP网络)建立了网络模型,并利用实际数据拟合参数,针对提离实验数据进行了计算仿真.结果表明:该网络模型算法收敛速度较快,输出精确,为实现板材裂纹深度的定量标定打下了理论基础.     

基于超声热波方法的铝合金应力腐蚀裂纹检测与识别

针对飞行器结构中应力腐蚀裂纹的快速高效检测需求,采用超声红外热波方法进行了检测试验研究。在改进WOL铝合金材料应力腐蚀裂纹试件上,改变超声激励位置在裂纹尖端延伸方向并沿裂纹接触面的切线方向上、在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上以及在试件开口延伸方向并垂直于裂纹接触面上,获得了不同激励位置下试件的表面温度场分布,通过提取裂纹方向上的线温,实现了对裂纹的定量识别。结果表明:超声红外热波技术能够快速准确地检测到铝合金应力腐蚀裂纹,将超声波激励源布置在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上时,能够更好地激发裂纹缺陷。     

岩石亚临界裂纹扩展及其应用研究

 亚临界裂纹扩展是岩体工程破坏时间效应的原因之一。应力腐蚀机制能很好地说明亚临界裂纹的扩展,其中适合岩石材料的应力腐蚀理论是Charles理论。利用双扭试件可获得岩石亚临界裂纹扩展Charles理论的相关参数。将传统断裂力学中拉伸应力和压剪应力下的裂纹扩展模型与Charles理论相结合,推导出与时间相关的裂纹扩展模型。采用双扭试件测得了中条山有色金属集团某矿矿岩的亚临界裂纹扩展参数。将此参数应用于拉伸应力下与时间相关的裂纹扩展模型,预测矿岩崩落时间,结果表明：该模型能较好地预测矿体的崩落;同时,也可为其他岩体工程的施工开挖提供指导。压剪应力下与时间相关的裂纹扩展模型的应用及复杂状态下多裂纹相互影响的扩展模型,有待进一步研究。     

裂纹监测涡流传感器优化设计及试验研究

为了提高涡流传感器监测裂纹灵敏度,应用COMSOL软件AC/DC模块建立了涡流传感器监测系统模型,并搭建试验系统证明了其正确性;优化了涡流传感器的结构参数,基于优化结果试制了涡流传感器,并进行了预制裂纹监测试验.模型分析与试验结果表明:提离距离越小,基材厚度越薄,系统监测灵敏度越高;涡流传感器各通道通过裂纹区域时,跨阻抗幅值和相位都增大,以综合跨阻抗幅值和相位的变化率作为系统输出信号,提高了监测灵敏度,传感器分辨率达到1mm.     

斜齿轮齿根处裂纹倾角对裂纹扩展特性的影响

以斜齿轮齿根裂纹为研究对象,讨论裂纹倾角对裂纹扩展特性的影响.以ABAQUS为平台,建立了啮合斜齿轮的有限元分析模型,并对裂纹尖端单元进行奇异化处理,分析裂纹倾角对裂纹扩展路径、应力强度因子和裂纹尖端位移的影响.研究结果表明:载荷作用力相同的情况下,裂纹向齿轮端面和齿宽方向扩展是不对称的;同一裂纹结构随着裂纹倾角的增加裂纹尖端的等效应力、位移和应力强度因子也相应发生变化;随着裂纹倾角的增大,应力强度因子KⅠ逐渐减小,应力强度因子KⅡ先增大后减小.     

水-岩化学作用下岩体裂纹应力强度因子的计算及分析

水化作用对裂隙岩体的影响主要来自于水压力和化学腐蚀伤两方面的作用.运用地球化学矿物-水反应的溶解动力学,考查水-岩反应化学溶液中不同时间段离子浓度的变化,从理论上探讨化学腐蚀下等效裂纹扩展的定量化分析方法,从而建立水-岩化学作用下等效裂纹扩展的计算公式并计算裂纹尖端应力强度因子.计算表明,水-岩化学作用的存在,对应力强度因子的影响明显,随着水-岩化学作用的不断发展,应力强度因子逐渐增大.     

含腐蚀坑结构损伤演化评估过程

基于有限元理论并结合局部应力应变法, 得到了确定尺寸腐蚀坑底部在疲劳载荷作用下产 生非扩展裂纹的萌生寿命值;采用断裂力学模型 通过求解数值积分和非线性方程,得到了微裂纹 扩展到极限尺寸的寿命值和等效裂纹的尺寸;采 用神经网络技术建立了腐蚀坑尺寸与等效裂纹尺 寸之间的非线性映射关系。     

管道表面蚀坑-裂纹的应力强度因子分析

针对在役的海底管道遭受腐蚀疲劳损伤时其管道表面出现点蚀坑问题,应力强度因子成为衡量蚀坑向裂纹转变的临界条件之一.断裂力学的腐蚀疲劳寿命分析的基础是腐蚀疲劳裂纹扩展,裂纹的不稳定扩展又由应力强度因子来判别.因此,在腐蚀疲劳破坏中,将点蚀坑和应力强度因子结合起来研究变得尤为重要.基于应力集中是导致裂纹萌生的主导因素,建立了双参数蚀坑模型,合理地解释了腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的现象.在管道内流体压力的作用下,管道外表面轴向I型裂纹在环向应力的作用下成为最为危险的一种裂纹型式.基于线弹性断裂力学,利用ABAQUS软件,在管道内压作用下,采用二维模型,对管道表面的轴向I型蚀坑+裂纹的应力强度因子展开了分析.结果显示,蚀坑对裂纹应力强度因子的取值产生明显影响,可显著降低裂纹扩展的门槛值.进一步采用三维模型,利用扩展有限元法,对影响轴向I型蚀坑-裂纹应力强度因子的蚀坑参数开展了敏感性分析.结果显示,蚀坑参数的不同,对蚀坑-裂纹应力强度因子、裂纹形状因子的影响趋势各异.随着蚀坑参数深径比?、深度d的增大,蚀坑-裂纹应力强度因子的取值也逐渐变大;蚀坑参数深径比?、深度d对形状因子F取值的影响存在一定的区间效应.     

论裂纹尖端的奇异性质

本文由弹性平面椭圆孔的精确解出发，用一个椭圆裂纹模型（钝角裂纹模型）退化到无限细裂纹（尖角裂纹模型）的方法讨论了平面裂纹尖端应力场的奇异性质。文中将裂纹尖端附近的应力场表达为一个多变量函数。然后，由各种不同的途径趋向裂纹尖点，从而求得了多重极限。分析表明，这一多变量函数的全面极限并不存在，而多重极限是存在的，但是各不相等。由这些多重极限的变化可以将裂纹尖点的应力分为两种类型：固有应力和趋近应力。其中固有应力是椭圆裂纹模型尖端处固有的应力，这些应力全部满足边界条件；趋近应力是当椭圆裂纹退化到无限细裂纹时所产生的应力场。由趋近应力和固有应力的变化就可以说明裂纹尖点应力场的奇异性质，并可解释“次裂纹”形成的原因。 本文根据对裂纹尖端应力场奇异性质的分析结果讨论了Ｗｅｓｔｅｒｇａａｒｄ－Ｉｒｗｉｎ应力强度因子理论的近似性和局限性，并为应用钝角裂纹模型建立起来的广义应力强度因子理论［９］的裂纹尖端应力场计算提供了一种分析方法。     

蒸汽发生器传热管电涡流检测探头响应的理论建模与仿真

为了研究蒸汽发生器传热管缺陷与探头信号的定量关系以实现缺陷的自动定量检测,利用有限元方法建立了蒸汽发生器传热管电涡流检测探头响应的理论模型。通过仿真和实验研究环形槽和腐蚀坑两种典型缺陷的探头响应信号,发现仿真与实验结果的规律一致,验证了所建模型的正确性。随后,应用本文所建理论模型仿真研究了缺陷位置和大小对探头信号的影响规律。结果表明:在优化工作频率的前提下,内壁缺陷和外壁缺陷的信号相位差异显著,探头信号的强弱主要取决于缺陷大小。据此,可根据探头信号的相位识别缺陷位置,根据探头信号的大小量化缺陷参数。该研究成果可为蒸汽发生器传热管电涡流检测探头信号的自动分析提供理论依据。