金属磁记忆漏磁信号检测钢绞线拉索锈蚀模型和试验

为检测斜拉桥重要承载构件——钢绞线拉索锈蚀状况,引入金属磁记忆技术,结合缺陷漏磁信号检测磁偶极子模型,建立了钢绞线锈蚀缺陷漏磁模型,并开展钢绞线试件锈蚀缺陷漏磁信号有限元数值仿真模拟和试验验证.通过理论研究、仿真分析和试验验证,剖析了钢绞线锈蚀缺陷漏磁信号分布变化特征,构建了漏磁信号检测钢绞线锈蚀的判别准则.研究结果表...     

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.     

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.     

磁记忆技术在焊缝残余应力检测中的试验研究

本文研究了金属磁记忆技术在焊缝残余应力检测中的应用.基于磁记忆检测原理,对Q345R钢板对接焊缝的残余应力进行了检测.设计了垂直焊缝方向和平行焊缝方向的双向检测,获得了漏磁场法向分量Hp(y)和梯度值K.通过比较垂直方向不同检测路径上漏磁场法向分量Hp(y)的变化,研究了检测路径上Hp(y)在焊缝及热影响区附近的变化规律.通过对焊缝处漏磁场法向分量Hp(y)的分析,本文提出用焊缝法向分量的变化幅值ΔH来表征残余应力的大小.通过与平行焊缝方向检测得到的数据进行对比,确定了ΔH作为判据的可行性.传统的判据法向分量梯度值K,在残余应力检测中需重新定义其门限值.文中还将磁记忆检测结果与盲孔法试验测得的残余应力大小进行了对比,验证了磁记忆检测结果的正确性.磁记忆技术在焊缝残余应力检测以及焊缝质量评定中有良好的应用前景.     

弱磁场作用下的磁偶极子模型建立与分析

利用磁偶极子理论,建立稳恒微弱地磁场作用下管类试件线状缺陷段产生的漏磁场模型.根据磁偶极子空间磁场分布,导出了地磁场下管状工件表面细长缺陷段产生的弱磁场法向分量的计算公式,并且分析了不同纵向磁化强度下,作为磁记忆检测方法重要判据的磁场法向零值线形状及分布特点.研究了管件处于外部弱磁场的缺陷段的位置对表面磁场法向分量零值线分布的影响.结果表明,利用磁记忆方法作无损检测,寻找和定位缺陷段位置时,应该考虑法向分量零值线的这种分布特征.     

金属磁记忆定量化评价的三维仿真分析与实验

早期损伤是导致金属构件发生突发性断裂的主要因素.针对大多数常规无损检测方法都只能对已成形的宏观缺陷进行检测,不能检测尚未成形的微观缺陷或应力集中区,以及金属磁记忆检测技术目前只能对早期微观缺陷进行定位,无法定量的问题,利用仿真与实验相结合的方法,建立了三维力磁耦合模型,仿真计算了微观缺陷表面空间三维磁场的分布,研究了应力、微观缺陷长度及扫描路径对磁记忆信号的影响,在此基础上,构建了金属磁记忆检测系统,实验研究了外加载荷、扫描路径与金属磁记忆信号的关系.研究结果表明:利用金属磁记忆检测技术可以实现对早期微观缺陷进行定量检测.     

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。     

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.     

应用磁荷法建立漏磁信号模型

研究了漏磁无损检测中一种基于双极磁荷法的漏磁信号分析模型，运用这一分析模型研究了三种不同类型缺陷的径向和轴向漏磁信号．设计制作了实验装置与试样并进行了实验，将实验结果与分析模型的仿真结果进行了比较，两者得到了较好的吻合，说明了分析模型的有效性．这个模型建立了缺陷尺寸与漏磁信号的关系，具有参数少，计算快，分析方便等优点，它为漏磁信号处理和缺陷的识别评估提供了重要工具．     

动载荷作用下铁磁性试件的磁记忆效应

研究地磁场环境中钢试件在动拉伸载荷作用下表面弱磁信号的变化以及磁记忆效应.分别进行弹性范围的等幅循环正弦加载和幅值递增至强度极限的正弦加载,对试件表面弱磁场法向分量与正弦加载的循环次数、幅值之间的关系进行了分析.结果表明,弹性加载中低频载荷的循环次数对磁信号增长的影响不明显,而幅值递增加载过程中,当幅值增大至塑性加载范围时,磁信号的变化趋势与弹性加载时相反,且信号绝对值显著增加,最终磁信号的分布在发生颈缩处出现梯度很大的过零.     

横向交变磁控DP-TIG焊电弧熔池特性研究

外加交变磁场可改善大电流高速焊接时的焊缝成形缺陷,为获得不同励磁参数对DP-TIG(deep penetration,TIG)焊接电弧和熔池特性的影响,在横向交变磁场作用下,对12 mm的Q345B板进行了DP-TIG焊接试验.通过高速摄像系统观察电弧形态,采用小孔法测量电弧压力,基于金相腐蚀法分析熔池截面.结果表明:与无磁场作用时的DP-TIG电弧相比,在横向交变磁场作用下,DP-TIG电弧形态发生明显变化,电弧压力峰值随交变频率的增大先降低后增大,熔池截面形态由指状向锅底状过渡,且镍基堆焊时,焊缝表层铁含量在5%以内,焊材被稀释程度较低.     

储罐直径对罐壁腐蚀缺陷的漏磁场信号影响分析

受腐蚀因素影响,储罐易发生腐蚀泄漏,储罐罐壁腐蚀一直是无损检测的难点,本文开展罐壁腐蚀缺陷漏磁检测技术研究。在轴向磁化方式下,对储罐壁板缺陷进行漏磁检测时,受壁板直径影响,同一缺陷处不同检测通道的漏磁信号不同,分析各通道漏磁信号与储罐直径的关系,得出直径与各通道漏磁信号峰值的数学模型;在此基础上对各通道漏磁信号进行预处理,建立修正系数,以消除不同通道之间的漏磁信号差异,实现各通道信号均匀化。     

磁偶极子远场的严格数学处理

磁偶极子是稳恒磁场研究的最基本模型,原因在于介质宏观磁场都可以等效于无穷多磁偶极子远场的叠加,因而磁偶极子远场的研究具有重要意义。磁偶极子远场计算一般采用基于矢量函数的泰勒级数展开,利用磁偶极子的对称性,选取特殊坐标位置下的代表场点,计算磁偶极子远场的特殊表达,而后推广到一般点。总结梳理了磁偶极子远场教学处理过程,并且从教学实践出发,提出一种严格的推理方法,该方法过程严谨且具有坐标系无关性,使相关内容的教学过程更为科学、严密。     

脉冲电磁缺陷检测融合机理研究

针对铁磁性构件表面和下表面缺陷检测的难题,建立了脉冲电磁检测模型,揭示了表面缺陷和下表面缺陷的脉冲漏磁与脉冲磁阻检测相融合的物理机制。仿真与实验结果表明:铁磁性构件表面缺陷存在漏磁,而下表面缺陷主要体现在脉冲磁阻的变化。对于不同深度的铁磁性构件表面缺陷,GMR传感器拾取的脉冲漏磁响应信号的检测结果线性度更好,灵敏度更高;对于不同深度的铁磁性构件下表面缺陷,双侧检测线圈拾取的脉冲磁阻响应特征值与缺陷深度的变化关系呈近似线性增长关系,区分度较大,检测性能更好。     

基于多类支持向量机的X射线焊缝图像缺陷类型识别方法

压力容器的焊缝结构多变,纹路复杂,这增加了压力容器检测时焊缝缺陷定级的难度,提出一种基于多类支持向量机的X射线焊缝图像缺陷类型识别方法。首先通过对X射线焊缝图像进行预处理及缺陷轮廓检测,提取表征焊缝缺陷的状态特征,以构造特征向量,然后基于多类支持向量机建立焊缝缺陷识别模型,对产品的焊缝缺陷进行分类识别。实验结果表明了该方法的有效性。