U型电磁超声换能器三维仿真研究

针对U型电磁超声表面波换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)换能效率低的问题,提出一种基于三维仿真的研究方法。首先,在Maxwell软件中建立U型电磁超声无损检测激发探头三维有限元模型并进行仿真分析,研究电磁超声换能器中线圈间距、截面积以及提离距离和磁铁类型及几何参数对换能效率的影响。结果表明:在使用蛇形线圈和U型磁铁作为电磁超声表面波换能器的情况下,减小线圈的提离距离、线圈截面积,适当增大线圈间距可以提高EMAT换能效率;此外,正交方差分析法对U型永磁铁的几何参数研究表明,U型永磁铁的宽度对换能效率的影响显著。     

ω-λ型涡流阵列传感器跨阻抗响应特性分析

针对金属螺栓连接结构的孔边疲劳裂纹监测需求,介绍了一种具有柔性平面特点的ω-λ型涡流阵列传感器,构建其损伤监测半解析模型,应用半解析模型并通过传感器跨阻抗双参数网格平面图,分析了不同激励频率下传感器跨阻抗输出信号对损伤输入参数的监测灵敏度.分析结果表明,传感器的电导率和磁导率监测灵敏度随提离距离增大而减小;在固定频率下,存在最优监测灵敏度的电导率点和磁导率点,且最优磁导率点随激励频率增大而增大,最优电导率点随激励频率增大而减小;存在磁导率临界值点,当磁性材料的磁导率达到临界值后点,传感器的跨阻抗输出随提离距离增大而减少.     

管状金属基体涂层厚度测量的有限元分析

基于涡流检测技术,针对管状金属基体涂层厚度测量问题,建立对应三维涡流场问题的有限元模型,通过加载正弦激励信号,分析平板和管道凹面上感应涡流的分布情况,计算曲率半径大小以及提离变化对线圈阻抗信号的影响,以空载线圈的阻抗信号为参照,对平板和凹面涡流线圈的阻抗值进行归一化处理,得到线圈阻抗变化与涂层厚度之间的关系曲线。选取3种不同曲率的管材试件进行实验,仿真计算结果与实验结果相符合,为曲面涂层厚度的实际检测应用提供可靠的理论依据与技术支持。     

螺杆膨胀机转子型线特性研究

螺杆膨胀机在能量回收领域具有广阔的应用前景,转子型线是其设计、开发的基础。本文分析转子中心距、相对齿根深度和转子齿数等对型线参数的影响,并计算转子的变形。研究结果表明：转子长径比和相对泄漏三角形面积均随中心距及相对齿根深度的增大而减小,随阴转子齿数的增大而增大;面积利用系数随相对齿根深度及阴转子齿数的增大而增大;接触线长度随相对齿根深度的增大而增大,随阴转子齿数的增大而降低;转子齿根直径在阴转子齿数较大时较为接近;转子吸气侧齿顶位置变形较大;中心距、齿根深度和齿数等特征参数优化匹配是确定转子型线的重要环节。     

基于COMSOL连铸坯壳测厚横波EMAT优化

为了研究电磁超声传感器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)横波测量连铸坯壳厚度的机理及横波在连铸坯中的传播情况,选取坯壳厚度为10~50 mm的Q235小方坯为研究对象,利用有限元软件COMSOL建立脉冲电磁铁和螺旋线圈的电磁超声模型,分析在不同EMAT结构参数下,连铸坯中电磁场、力场、声场的分布规律。研究结果表明:脉冲电磁铁和螺旋线圈组成的EMAT能够在连铸坯壳集肤层激发出超声波横波。脉冲电磁铁空心螺线管线圈匝数、内半径、线圈导线半径对换能效率的影响依次减小,且当脉冲电磁铁内半径尺寸大于螺旋线圈尺寸时,产生横波的效率最高。坯壳厚度越小,螺旋线圈最优激励频率越大,测量精度越高,信号衰减越快。因此,坯壳厚度为10~50 mm的Q235小方坯选择1.1 MHz为最佳激励频率。     

基于LabVIEW的GMI效应多参数测量系统

采用自动平衡电桥法,测量产生巨磁阻抗效应时软磁材料的阻抗和幅角值。利用直流电源、亥姆霍兹线圈、阻抗分析仪等仪器搭建一套巨磁阻抗多参数测量系统,并采用虚拟仪器技术对测量系统进行编程控制。通过对商用Vitrovac6025带材进行测量实验,发现材料在不同频率下均表现出很强的巨磁阻抗效应;并且材料的巨磁阻抗效应随频率的增大先增大再减小,在5 MHz达到最大160%;同时,发现材料的幅角也随磁场变化表现出与阻抗类似的变化规律。实验结果表明该测量系统具有较高的准确性与高效性。     

Lamb波电磁超声换能器三维仿真研究

为提高电磁超声Lamb波换能器的换能效率,该文以铁磁性材料钢板为检测对象,对换能器进行建模并进行一系列的仿真研究。首先,使用Comsol仿真软件建立电磁超声Lamb波换能器仿真模型,对于换能器中的蛇形线圈激励电流参数、蛇形线圈几何及结构参数、方形永磁体几何参数对换能效率的影响进行仿真研究。结果表明,采用蛇形线圈和方形磁铁组成电磁超声Lamb换能器时,在所选参数范围内:对于线圈,增大激励电流幅值、线圈间距及线圈回折次数,减小线圈截面积、提离距离以及脉冲个数可以提高换能效率;对于永磁体,增大宽度和高度可以提高换能器效率,但是最终会趋于饱和状态。     

SH电磁超声换能器优化设计及粘接强度测量

电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)使用时无需耦合剂，可以便捷地应用于严苛工况下结构的超声检测。但由于EMAT复杂的多物理场换能机理，通常存在换能效率低，接收信号信噪比小等缺点。针对上述问题，文章开展了线圈宽度、线圈间距及磁致伸缩贴片等参数对EMAT换能效率的影响研究，优化设计了SH电磁超声换能器。实验结果表明，一定厚度的磁致伸缩贴片对EMAT的换能效率有较明显的提高。基于SH0导波对界面变化的敏感性，采用优化设计的EMAT激发SH0导波，对固化温度等因素引起的多层铝板弱粘接结构件进行粘接性能的检测，实验测得的粘接强度与结构拉伸强度的变化趋势一致，表明优化后的EMAT可以适用于粘接结构状态的检测。     

TC4钛合金激光焊接应力变形有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件,采用三维移动热源,对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形进行了数值模拟和实验研究.结果表明:钛合金激光焊接产生很大的纵向残余应力,而横向残余应力较小.激光焊接线能量增加时,纵向残余应力拉伸区域变宽,峰值应力降低;而横向残余应力随线能量的增加而升高.在临界焊透规范以上焊接时,随焊接线能量的增大,角变形随之而减小,而横向收缩变形增大.焊件被完全穿透时,线能量对角变形的影响作用降低.钛合金激光焊接变形和残余应力实验结果与数值计算结果吻合性较好.通过焊缝金相实验分析了焊接残余应力和变形与线能量的内在关系.     

三水准地震下隔震结构提离摇摆界限谱模型研究及试验验证

准确评价隔震结构的摇摆响应状态是判断地震作用下隔震支座是否稳定以及结构是否安全的重要基础。根据支座的不同受力变形状态,提出隔震结构的摇摆界限状态,即未提离、提离和摇摆状态,并提出了基于刚体摇摆模型的状态判别方法。通过地震时程分析,讨论了高宽比AR、竖向屈重比α_v、水平屈重比α_h、竖向周期T_v、水平周期T_h、系统阻尼比η等参数对隔震结构摇摆响应的影响,得到了隔震结构未提离、提离、摇摆的界限谱以及各参数对界限谱的影响规律,并通过两个振动台试验进行验证。分析结果表明,摇摆响应随α_v,T_h,η的增加而减小,随AR,T_v增加而增大,其中T_v,T_h对摇摆响应的影响最大,控制摇摆响应最关键的措施是增加T_h、减小T_v。