基于粒子群最大似然估计的焊缝早期隐性损伤磁记忆精确定位模型

针对由于焊接残余应力、磁场噪声等干扰,造成磁记忆检测在焊缝早期隐性损伤位置定量评价上的困难,提出基于粒子群算法优化的最大似然估计磁记忆梯度定量模型.通过对预制未焊透缺陷的Q235焊接试件进行焊缝疲劳拉伸实验,同步对比扫描电镜和X射线检测结果,发现磁记忆信号梯度对早期隐性损伤位置反应比较敏感,并获得了梯度随着与隐性损伤的距离增大而减小的衰减变化规律,构建隐性损伤位置参数与磁记忆梯度的非线性函数,考虑磁场噪声对隐性损伤定位结果的影响,引入最大似然估计建立目标函数,进一步考虑目标函数的非线性容易陷入局部极值而非全局极值的问题,采用具有全局搜索能力的粒子群算法对目标函数进行优化,建立基于粒子群最大似然估计的焊缝隐性损伤位置磁记忆定量模型,验证结果表明定位误差仅为3.48%,为实际工程中利用磁记忆技术及时发现早期隐性损伤并精确定位提供了新的思路.     

中低碳钢静拉伸时磁记忆效应的实验研究

研究静拉伸情况下低碳X70管线钢和中碳45#钢的金属磁记忆效应.对X70钢试件进行了拉伸前后的金属磁记忆检测,总结了拉伸至塑性变形后试件表面磁场强度零值线的分布变化规律.在对45#钢所做的静拉伸实验中,发现磁记忆检测方法对于压磁效应具有一定的敏感性,为在弹性区域内检测应力的变化提供了可能性.     

静拉伸条件下螺纹联接件三维弱磁信号研究

针对螺纹联接件应力分布不均匀和局部塑性变形问题,提出了利用地磁场环境下试件表面三维弱磁信号进行检测的新方法.在静拉伸试验机上对螺纹联接件进行了拉伸实验,利用二维磁记忆检测传感器实现了螺纹法向、轴向和切向三维弱磁信号的在位测量.利用有限元方法对螺纹的法向、轴向和切向应力应变进行了计算.结果表明,三维弱磁信号中,轴向弱磁信号和应力之间具有较好的相关性.     

不同应力状态下金属磁记忆检测信号特征

文章介绍利用金属磁记忆无损检测技术研究了构件在单向拉伸应力状态和纯剪切应力状态下的磁记忆检测信号特征,并对此进行了对比和分析。通过试验发现,磁记忆检测信号与构件的损伤状态之间具有明显的相关性,通过检测法向磁场的过零点可以实现对构件早期损伤的检测。     

弱磁场激励下基于阵列磁传感器的缺陷检测方法

研究在弱磁场激励条件下,铁磁性材料试件16MnR在动载荷拉伸实验中的损伤检测问题。 基于巨磁阻芯片设计了新型阵列磁传感器,搭建了铁磁构件磁信号检测系统;对不同载荷循环阶段的试件表面磁信号进行了拾取,并利用小波变换有效地抑制了噪声干扰。 最后,对降噪后的磁信号进行C扫描成像,实现了弱磁场激励下试件损伤发展过程的磁信号成像显示。 该结果可为铁磁性试件疲劳损伤的在位检测提供一种新型检测方法。      

基于力磁耦合效应的金属磁记忆仿真研究

为研究铁磁材料早期损伤和金属磁记忆信号之间的相互关系,结合力磁耦合模型与磁偶极子模型分析了铁磁材料磁导率变化与外加载荷之间的关系,并采用ANSYS Workbench有限元仿真软件中的静力学与静磁学模块对45号钢试件进行了地磁场下的力磁耦合仿真,得到了不同拉伸应力下试件漏磁场强度的变化规律及法向分量B(y)梯度值K的分布规律;研究表明:应力集中区的磁记忆信号随应力呈规律性增加,为金属磁记忆检测技术在铁磁材料应力集中区的检测提供了参考依据。     

基于金属磁记忆的钢结构焊缝疲劳试验

金属磁记忆检测技术已经在对接焊缝疲劳损伤检测方面有了诸多研究成果,但是目前的研究主要集中于对接焊缝的拉压疲劳,与实际结构中焊缝的弯拉疲劳过程之间存在差异.为此,本研究开展了含对接焊缝的工字钢梁疲劳试验,旨在真实地模拟实际工程中对接焊缝的疲劳开裂过程,揭示疲劳过程中磁信号的变化规律.试验结果表明:焊缝的初始焊接状态对于磁信号分布曲线的变化趋势有一定的影响,对于同一焊缝,当其初始磁信号曲线分布趋势相似时,其峰值及谷值随疲劳周次的变化趋势基本一致;研究发现,磁信号分布曲线的突变可以表征宏观疲劳裂纹出现,但是在疲劳稳定阶段,磁信号法向分量对于疲劳损伤的累计更加敏感;经过标准化处理后的矢量合成磁场平均值特征曲线可以表征焊缝疲劳的变化过程,捕捉到疲劳裂纹萌生的广义时间节点,从而对宏观疲劳裂纹的出现起到预警作用.     

拉应力引起的磁记忆特性及其与检测时间的关系

在工作载荷和地磁场的作用下,针对铁磁性构件存在残余磁感应和自磁化增长的现象.进行了引起磁记忆特性及其与检测时间关系的研究.通过对45#钢在单轴拉伸过程中残余磁感应强度的检测与分析,得出了拉应力引起的残余磁感应强度的变化规律;在塑性阶段,将不同时间段内测得的残余磁感应强度数值进行比较,分析了塑性变形试样放置时间长短对磁记忆现象产生的影响.分析表明:受力构件能够记忆前段承受最大载荷时的磁信号,且检测时间的不同不影响检测结果.     

疲劳载荷下金属材料的磁记忆信号特征

设计拉伸疲劳试验,研究了疲劳载荷下磁信号暂时到达的稳定状态的特点以及疲劳过程中磁信号的分布、变化情况,并结合改进的J-A理论进行分析和讨论.结果显示:磁信号暂时到达的稳定状态在一个循环周期内沿环线变化,并且环线随循环载荷类型不同而变化,说明用改进的J-A理论描述磁记忆现象合理;疲劳过程中磁信号分三个阶段变化,这个特征由改进的J-A模型中描述磁畴壁运动所受阻碍的参数(ξ″)随疲劳损伤发展的变化规律解释;磁信号在缺陷附近呈"⌒"形的分布,这个特征由缺陷附近ξ″的分布规律解释.     

典型受载铁磁构件的数值模拟和磁特性

研究了铁磁构件在受载状态下表面产生漏磁的磁记忆现象,对含小孔平板进行了有限元分析,实测了受拉伸载荷时的漏磁场值.结果表明,应力集中对构件的磁特性有显著影响,在应力引起的小范围塑性变形区域存在有效的磁记忆信号,采用磁记忆方法对设备承载铁磁构件由应力集中造成的早期损伤进行检测是可行的.     

磁记忆信号的量化描述

采用描述材料内部磁化强度的改进的J-A理论用于分析磁记忆现象,然而磁记忆信号反映材料的表面磁场,建立这两者之间的关系。首先,设计拉伸疲劳实验研究损伤区域的磁记忆信号分布及变化特征;然后,根据实验结果建立磁偶极子模型描述材料表面散射磁场;之后,通过改进的J-A理论建立散射磁场与材料内部磁化参量M0的关系,量化描述磁记忆信号。研究结果表明:条形损伤集中区域成为内部磁源,向外散射磁场;试件外某点的散射磁场由损伤集中区域的磁荷密度和尺寸、裂纹的磁荷密度、裂纹的尺寸和位置,以及该点所处的位置确定,并随磁荷密度及裂纹尺寸变化;损伤集中区域的磁荷密度与M0呈线性关系,裂纹的磁荷密度与M0呈线性关系、并与裂纹尺寸有关;磁偶极子模型描述的试件表面磁场的分布及分布变化特征符合实验测量结果,并可根据改进的J-A模型推得疲劳过程中磁记忆信号与应力、材料损伤情况、裂纹影响因子之间的量化关系式。     

基于磁记忆的镀锌钢绞线腐蚀检测试验

针对常规技术难以检测镀锌钢绞线拉索内部腐蚀问题,结合金属磁记忆理论在铁磁性材料早期缺陷无损检测方面的优势,提出了基于金属磁记忆技术的镀锌钢绞线拉索腐蚀检测新方法。为验证该检测方法的可行性,设计了8个镀锌钢绞线拉索试件,采用电化学加速腐蚀试验方法对试件进行不同程度的腐蚀;利用霍尼韦尔HMR2300三维磁强计传感器采集试件腐蚀后的金属磁记忆漏磁信号,运用数学方法对采集的漏磁信号进行对比分析,结合金属磁记忆检测技术原理,研究试件表面的漏磁信号变化特征,以达到检测镀锌钢绞线拉索试件腐蚀状况的目的。研究结果表明:在钢绞线拉索试件腐蚀区域漏磁信号出现明显变化,漏磁信号切向分量曲线出现极大值,漏磁信号法向分量曲线出现极大值和极小值且过零点;在试件中间腐蚀区域漏磁信号切向梯度曲线过零点,漏磁信号法向梯度曲线出现极小值;随着试件腐蚀程度的增加,漏磁信号强度也相应增加,且漏磁信号强度与试件腐蚀程度呈正相关;通过对试件腐蚀后的漏磁信号分析,可较准确判别钢绞线试件的腐蚀位置及范围。该试验验证了金属磁记忆检测技术用作钢绞线腐蚀检测的可行性及合理性,为镀锌钢绞线拉索腐蚀检测提供了参考。     

缺口对转向架用SMA490BW钢的疲劳性能的影响

基于高速列车转向架在运行进程中常因承受各种交变载荷而导致疲劳断裂问题,针对CRH2高速列车转向架用SMA490BW钢试样进行拉伸试验,确保SMA490BW钢的力学性能符合标准要求下,对此种钢进行疲劳性能研究并通过扫描电镜进行断口分析。结果表明：与光滑试件(kt = 1)相比缺口试件(kt = 3),疲劳极限应力减小了61％,S-N曲线左侧的斜率更大;其缺口敏感系数为0.786;光滑试样的裂纹源为角部裂纹,缺口试样的裂纹源为表面裂纹。     

金属磁记忆信号的零点特征

为研究金属磁记忆信号描述应力集中位置的特征，对预制裂纹的拉伸试件施加不同水平的载荷，在每次载荷水平下进行金属磁记忆方法检测，并分析了检测信号过零点特征的变化规律．研究表明：不是所有的应力集中位置都有金属磁记忆检测信号过零点的现象；信号零点位置随着施加载荷的增加向着应力集中位置移动：仅仅用Hp信号过零点作为特征来判断应力集中位置容易产生误判．     

低碳钢经疲劳循环后表面的显微形貌特征与损伤的关联

为研究低碳钢在经历不同预循环表面损伤与材料疲劳性能的相关性,对HRB335钢光滑试样进行了0. 005应变幅下经历不同循环数N/Nf(33. 3%～75%)后的大变形单轴拉伸试验。之后用超景深三维显微镜获取试样颈部区域的表面形貌显微图像,并使用图像灰度直方图、灰度共生矩阵及二值图方法对图像进行特征分析。探讨经历疲劳循环再拉断试样的颈部区域表面显微形貌的不同特征与疲劳损伤的相关性,发现用灰度共生矩阵法和二值图法提取的特征参数能描述循环耗损寿命与循环数的定量关系。     

缺口对转向架用SMA490BW钢疲劳性能的影响

基于高速列车转向架在运行进程中常因承受各种交变载荷而导致疲劳断裂问题,针对CRH2高速列车转向架用SMA490BW钢试样进行拉伸试验;确保SMA490BW钢的力学性能符合标准要求下,对此种钢进行疲劳性能研究并通过扫描电镜进行断口分析。结果表明:与光滑试件(K_t=1)相比,缺口试件(K_t=3)疲劳极限应力减小了61%; S-N曲线左侧的斜率更大;其缺口敏感系数为0. 786;光滑试样的裂纹源为角部裂纹,缺口试样的裂纹源为表面裂纹。     

钻杆螺纹部位疲劳损伤的磁记忆检测试验研究

钻杆在使用过程中由于工况恶劣,受力情况复杂,其螺纹部位极易发生疲劳失效,造成重大损失。笔者利用磁记忆检测的基本原理,对不同使用工况的钻杆螺纹部位的疲劳损伤情况进行了现场检测试验,验证了磁记忆检测技术在检测钻杆螺纹疲劳损伤状况方面的可用性,证实了螺纹容易发生疲劳损伤的部位位于密封面端起前三扣位置,同时证实随着使用时间的延长,钻杆螺纹部位疲劳损伤越严重,并且在对大量检测数据进行分析的基础上建立了钻杆螺纹分级推荐标准。     

基于力磁耦合的金属磁记忆检测机理与仿真

针对金属磁记忆检测技术目前尚不能对微观缺陷进行定量检测的问题,在分析基于力磁耦合的金属磁记忆检测机理的基础上,利用Jiles力磁耦合准则及宛福德的磁性物理学,推导出了磁导率与应力之间的数值关系,并通过ANSYS有限元仿真软件建立了二维力磁耦合模型,研究了微观缺陷深度和宽度对构件表面空间中磁记忆信号的影响规律。仿真结果表明：通过提取磁记忆信号法向分量峰峰值之间的间距可以对微观缺陷的宽度进行定量,提取磁记忆信号法向分量的峰值可以对微观缺陷的深度进行定量。     

高周疲劳钢表面微观塑性变形行为双循环特性

通过对高周疲劳过程中退火４５＃钢、正火４５＃钢及１６Ｍｎ钢光滑试样的表面维氏显微硬度测试，研究了不同控制应力水平下试样表面显微硬度随循环周次的变化关系．基于硬度的物理意义，初步探讨了高周疲劳过程中材料的循环微观塑性变形行为及其循环硬（软）化特征．     

金属构件磁记忆检测效果的有限元仿真与实验

为确定金属磁记忆检测的影响因素,对金属磁记忆检测机理及电磁有限元进行了理论分析,利用ANSYS有限元分析软件模拟并分析了试件所受拉伸载荷的大小、试件温度对磁记忆检测效果的影响.同时,以45号钢杆件为例,进行拉伸加载实验,并与仿真结果对比,验证了仿真结果的可行性