基于巴克豪森效应的钢轨表面应力研究

基于巴克豪森噪声(MBN)检测原理,研究了60 kg/m钢轨的巴克豪森信号与压应力的变化关系。介绍了MBN检测系统的设计与实行方案和在应力检测方面的应用。在材料的弹性范围内,MBN平均值、均方根和振铃数都随着压应力的增大而减小,其变化率依次递增。MBN峰值时间随着压应力的增大而增大。MBN信号与温度呈线性关系,可用来检测不同温度下的钢轨应力值。     

钢板应力检测中的巴克豪森信号分析

针对铁磁性材料由于应力集中导致的断裂等问题,分析了铁磁性材料在磁化过程中激励频率对巴克豪森信号的影响,分析了应力与巴克豪森信号的关系及特性。采用检测线圈与激励线圈共同缠绕于同一磁芯的方式来接收信号,并通过高通滤波电路得到巴克豪森信号。实验结果表明,激励频率在20Hz时,巴克豪森信号较强较稳定,并且随铁磁性材料中拉应力增大而增大。通过检测巴克豪森信号的大小实现铁磁性材料的应力检测,有效地预防因应力过大造成的工件损坏问题。     

巴克豪森应力检测中激励方式的影响

巴克豪森效应是电磁方式检测材料微观结构和应力的基础。通过试验方法分析不同激励频率、激励电压和激励波形下巴克豪森噪声信号的时域、频域特征,研究激励信号参数对材料应力检测的巴克豪森信号特征值的影响,并探究现象的微观解释。     

室外温度变化对巴克豪森检测的影响

钢轨常年暴露在外,随着气候的四季变化钢轨温度会有很大的差异,从而产生温度应力。在采用巴克豪森噪声（MBN）检测方法对温度应力进行检测中,温度改变造成的应力变化,以及温度的变化对MBN本身的影响,两方面的因素都造成MBN信号的变化。为了提取反映应力变化的信息,介绍了MBN检测系统的设计,在保证应力不变而环境温度发生改变的情况下进行试验,并讨论分析了各特征值随温度的变化与应力的变化的关系。研究发现,在试样的弹性范围内,MBN的平均值、均方根、振铃数、峰值、峰宽比都随着温度的升高而减小,但变化率有所区别。最后寻找出随温度变化较小而随应力变化较大的特征值,从理论上对温度变化影响钢轨应力这一现象作出解释,并对试验过程中钢轨内部残余应力、温度分布不均等问题及造成的影响进行讨论。     

45~#钢静载拉伸下磁记忆二维信号分析

为研究受载铁磁材料应力集中部位的磁记忆信号特征,利用自主开发的磁记忆二维检测系统对含有中心圆孔的45~#钢平板试样进行静载拉伸试验。结果表明:试样表面缺口附近磁记忆信号特征非常显著,切向分量磁信号与应力间的相关性更好;李萨如图形封闭区域大小随拉应力的增大呈非线性变化,可考虑用非线性拟合曲线定量评价应力集中状态。     

钢板缺陷的脉冲漏磁检测系统设计及试验

基于脉冲漏磁检测技术检测钢板缺陷,实现钢板表面和背面缺陷的区分。利用设计的钢板脉冲漏磁检测系统,提取了钢板表面和背面缺陷的信号,分析在脉冲信号激励下的缺陷漏磁信号特征。根据信号电压峰值和电压谷值同步曲线区分缺陷,编写了基于Labview的检测程序,实现了钢板表面和背面缺陷检测和区分。在实验室条件下,通过设计的脉冲漏磁检测系统,对刻有矩形槽的钢板进行了检测。试验结果表明,基于脉冲漏磁检测技术,利用电压信号峰值和谷值同步采样曲线,可对钢板表面和背面缺陷进行检测和区分。     

基于矫顽力的铁磁性材料应力检测技术

针对铁磁性材料应力检测问题,分析了铁磁性材料矫顽力和材料所受应力的关系,提出了通过检测铁磁性材料的矫顽力实现检测应力的方法。采用电磁检测原理测量铁磁性材料的矫顽力,选取3个受到不同拉应力的铁磁性圆环,在圆环对称位置分别缠绕激励线圈和检测线圈,采用正弦交流信号作为激励,测量圆环的磁滞回线,计算3个圆环的矫顽力值。结果表明,圆环受力后磁滞回线的形状发生改变,矫顽力随着材料所受应力的增大而增大。     

35号冷轧钢在不同阶段应力作用下的磁效应特征

在反复加载-卸载条件下,测量了35号冷轧钢试件在不同的最大拉应力作用下,试件表面某确定点漏磁场随拉应力的对应关系。试验结果表明,当最大拉应力σmax为255～496MPa时,磁感应强度-应力(B-σ)近似呈线性关系变化;当σmax为535～611MPa时,B-σ关系由直线变为折线,并且折线极值点的位置处于100～200MPa之间;当σmax为637～662MPa时,B-σ曲线极值点的位置处于382MPa处,磁感应强度的变化量迅速增大;当σmax为687MPa时,B-σ关系曲线的极值点移到458MPa处,磁感应强度的变化量进一步增大。试验得到了试件在拉应力作用下的磁化关系,证实了可以通过磁信号的大小对试件的安全性作出评估。     

铁磁性小径管道的脉冲双远场涡流检测

针对小径管缺陷检测中的线圈感应电压峰值和过零时间点太接近,从而降低了检测分辨率的问题,提出了一种改进的脉冲双远场涡流检测技术,将两端激励线圈分别施加不同频率的脉冲信号,此时中间检测线圈的信号会出现极高峰值,不同缺陷有不同的极高峰值与其对应,通过极高峰值便可确定管道的缺陷性质。利用有限元软件ANSYS Maxwell进行了建模仿真分析,表明该方法可以初步实现缺陷类型和缺陷性质的判断。     

油气管道塑性变形的磁记忆检测

利用金属磁记忆检测技术对油气管道塑性变形进行检测。通过位错理论分析了铁磁材料塑性变形时的能量变化,用铁磁材料能量平衡理论分析了材料塑性变形过程中磁场信号的变化特征。通过对管道进行打压试验,用磁记忆检测设备对磁信号进行检测,研究了磁记忆信号与应力的对应关系,得出磁记忆信号随应力的变化特征。结果表明:铁磁材料在塑性变形时,其表面弱磁场发生突变,应力-磁感应强度曲线斜率增大;多次塑性变形导致磁场变化率降低。     

Zr基大块非晶合金在过冷液相区的尺寸效应研究

为了研究Zr55Cu30Al10Ni5大块非晶合金在过冷液相区的尺寸效应,进行了温度为421,431,441,451℃,应变速率为0.01,0.005,0.002,0.001s-1,尺寸为3,2,1,0.6mm下共计64组的压缩试验。根据得到的力和位移曲线求出真实应力应变曲线,分析曲线得到稳态流动应力、应力过冲峰值、应力过冲峰值对应的应变与尺寸的关系,最后得出随着试样尺寸的增大,真实应力值随之减小,稳态流动应力减小,应力过冲峰值减小,且出现的位置随尺寸的增大而后移。     

并联结构d_(15)模式PZT-51悬臂梁的俘能性能

利用高剪切压电系数,设计并制作并联结构d15模式PZT-51悬臂梁装置,测量其在不同负载电阻下输出峰-峰值电压和输出功率随频率变化的关系以及不同负载电阻下共振瞬时输出电压和振动激励电压与输出峰-峰值电压关系。当频率为96 Hz、负载电阻为100 k?时,该PZT-51悬臂梁装置的输出峰-峰值电压最大值为1.96 V,输出功率达到最大为19.21μW。随着振动激励电压的增大,并联结构d15模式PZT-51悬臂梁装置的输出峰-峰值电压随之增大,并联结构d15模式PZT-51悬臂梁俘能特性的研究可为设计d15模式压电俘能器提供指导。     

涡流效应对脉冲漏磁检测信号的影响

为了研究脉冲漏磁检测中涡流效应对漏磁信号的影响,应用有限元分析软件建立了脉冲漏磁检测仿真模型,对被测样本内磁场与涡流分布随时间变化的情况进行了分析,进而研究了基于不同激励电压和磁芯磁导率仿真模型的漏磁信号波形。仿真结果表明,当磁场激励较小时,漏磁信号在脉冲激励电压的上升阶段存在过冲现象,随后达到稳态。搭建了检测平台进行检测试验,检测结果与仿真结果相一致,研究表明在缺陷检测中应用检测信号峰值特征评估缺陷深度的方法具有更高的精度。     

铝合金构件R角缺陷的涡流检测探头设计及试验研究

针对传统的涡流检测探头难以检测L型铝合金构件R角区域裂纹问题,研制了铝合金裂纹涡流检测探头。根据现场检测工况,设计了与R角区域有效贴合的探头外壳,并且结合R角区域裂纹的分布特点,提出了适用于检测铝合金表面及近表面裂纹的绝对式探头;通过ANSYS仿真软件建立涡流检测有限元模型,分析激励频率对涡流场强度分布的影响规律;进行了检测工艺参数的优化试验,确定了最佳激励参数。仿真和试验结果表明,激励频率与涡流场强度、信号幅值之间的整体变化规律一致;在200 kHz激励频率下,信号幅值与裂纹深度之间存在良好的线性关系;现场检测结果和原位金相分析结果证实了所研制铝合金裂纹涡流检测探头的有效性和可靠性。     

双激励压电悬臂梁的力电响应分析

压电能量收集器因其结构简单、能量密度高、不受电磁干扰、能够在较低的频率收集振动能等优点,在机械、电子和航空航天等领域具有良好的应用前景。针对提高压电振动能量收集器发电效率的动力学设计,旨在研究双激励环境下压电悬臂梁的力电响应特性。根据Euler-Bernoulli梁理论、压电材料本构关系以及克希霍夫定律,建立双激励压电悬臂梁的机电耦合动力学模型。在此基础上,应用Galerkin法与模态叠加原理推导压电悬臂梁的力电响应表达式,建立根部应变与输出电压的关系模型。测试不同参数下单/双激励压电悬臂梁的力电响应特性,验证理论推导的合理性。最后,分析相位对双激励下压电悬臂梁输出电压的影响。结果表明：压电悬臂梁在双激励下的应变幅频响应变化规律与电压响应规律基本吻合;双激励下压电悬臂梁的力电响应曲线均呈现先增大,在接近共振频率达到极值时减小的变化趋势;激励幅值的增大导致压电悬臂梁的刚度和共振频率降低,试验测得的压电悬臂梁最大频率降为1.5 Hz;调节2种激励信号的相位,会影响输出电压响应,而且在一个周期内呈先减小后增大的趋势。     

基于巴克豪森效应预测烧伤齿轮显微组织的变化

齿轮是机械传动的关键零部件,齿轮的磨削烧伤会影响其传动的稳定性和疲劳寿命。通过材料中马氏体含量的变化判定齿轮的烧伤程度,利用磁巴克豪森噪声检测装置对激光模拟烧伤齿轮进行测试,采集烧伤齿面的巴克豪森噪声信号;通过巴克豪森噪声信号的包络与切向磁场的关系曲线提取特征值(包括峰值,峰值位置,半峰宽),利用自适应模糊神经网络进行训练,建立材料马氏体含量的预测模型。试验结果表明,该方法具有检测和表征微观金相组织中马氏体深度的能力,同时可以避免激励频率对巴克豪森噪声信号输出的影响。通过拟合优度参数R~2=0.964 1和均方根误差R_(MSE)=16.981 7进一步验证了自适应模糊神经网络模型具有较高的准确性,可用于预测齿轮烧伤的程度。     

基于小波分解和BP神经网络的磁巴克豪森噪声信号分层分析研究

因小波变换具有多尺度分析的特点,在时频两域都有表征信号局部特征的能力,因此采用小波分解方法研究了不同时频成分的磁巴克豪森（MBN）信号随温度和应力变化的灵敏度问题。采用db5小波对MBN信号进行6层小波分解,提取各层分解系数的均值和均方根,并讨论分析了各特征值随所加应力以及温度变化的相对变化关系。研究表明,在试样的弹性范围内,低频系数和各层高频系数的均值和均方根都随压应力的增加而减小;各层高频系数的均值和均方根随温度的升高而降低,低频系数的均值和均方根随温度的升高而升高。最后将温度、原始MBN信号以及各分解系数的均值和均方根作为神经网络的输入,压应力作为其输出建立神经网络模型,结果表明该神经网络模型与之前没有用小波分解时的神经网络模型相比,检测应力的准确性更高。     

螺母预紧力对滚珠丝杠副振动特性的影响

基于滚珠丝杠副可靠性试验台研究了滚珠丝杠副预紧力的变化与测得的振动信号的关系。首先,介绍了滚珠丝杠副可靠性试验台的预紧力加载装置;接着,对预紧力加载装置进行动力学建模,搭建振动信号测试平台,采集不同预紧力水平下的振动信号;最后,通过振动信号的频域分析和预紧力加载装置的动力学分析,发现预紧力的变化可以通过两个参数进行监测:振动信号峰值频率的偏移和峰值频率振动幅值的变化。实验结果和动力学分析的结论十分吻合:随着滚珠丝杠副预紧力的增大,峰值频率不断增大,峰值频率的振动幅值也不断增大。研究结论发现,可以通过监测振动信号峰值频率的偏移和峰值频率的振动幅值来监测预紧力的变化,这为检测滚珠丝杠副的健康水平提供了一种新的研究方法,这对于促进滚珠丝杠副进给驱动系统的发展具有重大意义。     

基于磁巴克豪森信号的碳质量分数的无损评估方法

提出以磁巴克豪森(MBN)信号检测铁磁材料中碳含量的方法,用退火处理后的碳素钢得到硬度、MBN信号与碳含量的关系。硬度随碳含量增大而增大,MBN特征值随碳含量的增大先增大后减小,在碳质量分数为0.55%时,MBN特征值能取得最大值。将45钢通过不同回火温度处理得到不同硬度的试样,发现MBN信号随硬度增大逐渐递减。对比可知,碳含量的变化对MBN信号存在很大影响。若被测试样碳质量分数在0.32%~0.55%或0.55%~0.80%间时,MBN信号随碳含量单调递增或递减,可由MBN信号直接测得碳的质量分数。当被测样品碳含量介于0.32%~0.80%间时,同一MBN特征值对应着两个碳质量分数,可将MBN信号测量和硬度测量相结合,实现基于磁巴克豪森信号的碳质量分数的无损评估。     

基于磁巴克豪森效应的P92钢热老化状态检测

针对火电厂锅炉和主蒸汽管道P92钢服役时的热老化状态检测，开发了基于MBN(磁巴克豪森噪声)效应的热老化检测仪器；对不同硬度P92钢进行MBN信号测量，选择了基于启发式硬阈值原则的小波包算法作为滤波算法；得到了MBN信号4种特征值与P92钢硬度值之间的关系；以硬度作为评价热老化状态的参数，对不同服役时长的P92钢试样进行MBN信号检测。试验结果表明，当服役时间小于30 000 h时，材料的硬度有小幅度的增大，当服役时间为30 000～70 000 h时，材料的硬度下降较快，并在服役时间达到70 000 h后，硬度下降趋于平缓，微观上表现为4种强化机制对于材料硬度的影响。