基于弱磁技术的火车轮踏面裂纹检测

针对火车轮踏面易萌生细小裂纹的问题,提出一种无需励磁,利用地磁场磁化的无损检测方法。根据火车轮踏面结构设计探头工装,利用弱磁检测仪器采集车轮踏面磁感应强度信号,分析预制裂纹缺陷的磁异常信号特征,对比不同深度裂纹的磁异常信号幅值,通过傅里叶最小二乘拟合得到缺陷深度的定量算法,根据极值差法与拉依达准则对火车轮踏面进行智能识别。试验结果表明:裂纹处磁感应强度信号特征明显,利用磁感应强度幅值可有效判别火车轮踏面裂纹。裂纹深度与磁感应强度幅值成正相关,利用拟合算法对裂纹的深度定量相对准确,误差在±0.11 mm以内。弱磁检测技术在火车轮踏面裂纹缺陷的检测评价中具有可行性。     

管道焊缝裂纹扩展的流固磁耦合表征

本工作利用虚拟裂纹闭合技术(Virtual crack closure technique,VCCT)提出一种单裂纹和多裂纹扩展通用的流固磁耦合方法,研究了流体压力的动态施加、流体-管道焊缝结构-磁场耦合作用下管道焊缝裂纹的扩展问题。该流固磁耦合方法每递增一次流体压力载荷,则完成一次裂纹增量扩展,更新裂纹几何形状,并重构网格,循环进行裂纹扩展计算和磁场分析,实现铁磁性管道焊缝裂纹扩展的流固磁耦合。以管道焊缝不同环向位置分布的单裂纹、多裂纹等六种工况为数值模拟算例,根据扩展结果中描述裂纹扩展的裂纹张开距离、裂纹扩展长度、磁感应强度水平分量峰值、磁感应强度垂直分量峰值等特征值,衡量裂纹所在位置的危险等级,判断管道焊缝损伤部位与损伤程度,识别多裂纹与单裂纹。该方法的实现可为在役管道焊缝裂纹的漏磁检测与评价、管道再制造修复等提供理论基础。     

焊接裂纹的金属磁记忆定量化评价研究

针对金属磁记忆检测技术目前尚不能对焊接裂纹进行定量的评价的问题,通过对预制焊接裂纹一阶微分后的金属磁记忆信号进行分析,找出了焊接裂纹存在定位特征,并且建立了微分后的磁记忆信号与焊接裂纹的长度及埋深的定量关系.现场检测表明,利用一次微分后的磁记忆信号的特征,可以比较准确地对焊接裂纹进行定量化评价.     

圆柱类金属构件表面裂纹的激光超声识别方法研究

为了利用激光超声技术有效地识别圆柱表面裂纹,提出利用圆柱表面波信号增强和小波包-奇异值分解(WPT-SVD)方法识别圆柱类金属构件表面裂纹的位置和深度。建立了圆柱的激光超声显式有限元模型,分析了圆柱表面裂纹对表面波的模式转化作用。利用圆柱表面裂纹在激发源位置附近时激光超声扫描信号增强的现象,识别圆柱表面裂纹的位置。在已识别圆柱表面裂纹位置的基础上,通过分析圆柱表面裂纹检测信号的时频特点,利用WPT-SVD提取圆柱表面信号的时频特征,定义参数k r表征裂纹深度的变化,识别圆柱表面裂纹深度。搭建了激光超声圆柱表面裂纹检测实验系统,开展了实验研究,实验结果表明所提出的圆柱表面信号增强和WPT-SVD方法可以识别出圆柱表面裂纹的位置和深度。     

应用非线性Lamb波识别三维铝板中的微裂纹方向的研究

针对结构中不同裂纹方向的检测问题,采用数值模拟的方法,通过有限元软件ABAQUS建立了一种包含人工粘弹性吸收边界的三维铝板模型,对Lamb波S0模态信号与微裂纹的非线性关系进行研究。在该模型中,将三维埋藏微裂纹嵌入到模型内部的固定位置,在相同激励条件下改变裂纹方向并对仿真获得的时域信号进行频谱分析,然后对不同裂纹方向的二次谐波与基波信号的幅值比指向性图的变化规律进行了比较和讨论。仿真结果表明,不同方向的裂纹对Lamb波在裂纹区的散射场分布有明显的影响,波的传播路径满足反射定律,且前向散射信号的幅值比普遍大于后向散射的幅值比。加上人工吸收边界后,前向散射与后向散射的幅值比差值随着裂纹方向角度的增大而增大。检测结果表明,该方法可以在误差允许范围内对任意裂纹方向的角度进行识别。     

基于振动声调制的微裂纹定位成像研究

为了准确识别金属构件中的微裂纹,提出将振动声调制技术和延时叠加算法相结合的定位成像方法。通过基本原理分析,利用有限元软件对含有矩形微裂纹铝板模型进行振动声调制仿真,提取非线性损伤信号将其作为像素特征,使用延时叠加算法进行定位成像,并分析了成像的影响因素。实验中搭建了振动声调制检测系统对铝板里的圆形微裂纹进行定位成像,验证了上述方法的可行性。结果表明,成像结果与铝板上的原裂纹位置基本吻合,说明该定位成像方法能够实现微裂纹的有效定位。     

基于振动声调制和时间反转法的微裂纹定位检测研究

针对常规超声检测对闭合微裂纹不敏感的现象,开展了基于振动声调制技术的非线性超声检测研究,并引入时间反转法对检测信号中的非线性信号进行聚焦处理,实现闭合微裂纹的检测及定位。利用ABAQUS有限元软件仿真振动声调制技术检测铝管微裂纹,用有限长冲激响应滤波器提取检测信号中的一阶旁瓣非线性信号,在时域反转后重新加载到无裂纹铝管模型进行时反信号聚焦仿真。结果表明,振动声调制检测信号中的一阶旁瓣非线性信号能够在裂纹位置附近聚焦,管道径向布置的时间反转信号加载方式信号聚焦效果优于轴向布置,并且根据聚焦像的大小和位置可以对裂纹进行定量和定位。     

基于磁记忆方法的抽油杆裂纹扩展监测

基于拉-拉疲劳实验,利用磁记忆检测仪监测了抽油杆试件疲劳裂纹扩展的整个过程,提取了表征应力集中程度的磁信号合成梯度极限状态系数指标;并结合有限元方法计算了裂纹尖端的断裂力学参量,得到不同裂纹长度所对应的应力强度因子。结果表明:基于实验数据和仿真结果所建立的磁记忆信号特征指标与应力强度因子之间具有很好的一致性,可以有效反映疲劳裂纹的扩展过程以及累积损伤,为再制造前的毛坯筛选提供理论依据。     

疲劳裂纹扩展的金属磁记忆信号特征

通过对Q235B钢缺口试件的方波载荷拉-拉疲劳试验,在不同循环次数下利用磁记忆检测仪在线测量试件表面的磁记忆信号。结果表明:未经处理试样沿缺口处的磁记忆信号在疲劳初始阶段随机分布;循环加载5000次后,磁记忆信号曲线转变为具有一个波峰-波谷的曲线波形;在循环稳定阶段,磁记忆信号曲线趋于稳定;宏观裂纹出现时,磁记忆信号曲线波形发散;最后阶段,磁记忆信号逐渐增强;磁机械效应能较好地解释循环初始阶段磁记忆信号变化规律。     

拉伸情况下含裂纹16MnR钢的磁记忆检测实验

利用磁记忆方法检测压力容器用钢裂纹扩展和塑性变形的可行性.利用压力容器常用材料16MnR制作拉伸试件,在其上预制垂直于试件长度方向的不同几何尺寸的裂纹,在材料试验机上进行拉伸实验.利用磁记忆传感器检测试件表面裂纹尖端磁场强度法向分量信号,研究不同拉伸阶段裂纹尖端磁信号的变化规律,利用铁磁学基本理论研究和解释复杂实验现象.在对拉伸载荷变化和磁信号变化规律进行分析的基础上,提出了载荷梯度参数的概念,实验表明:利用该参数可以较好地表征压力容器用钢的弹塑性应变.