钢轨表面缺陷漏磁检测的三维磁场分析

漏磁检测技术通常测量垂直和平行于缺陷表面的漏磁场分量,来实现对缺陷的定量分析。然而,对于钢轨表面的复杂裂纹,传统的方法很难准确检测。为了克服这种检测方法存在的不足,采用三维磁场测量方法以及有限元法对缺陷漏磁场的三维分布情况进行了分析。在此基础上设计了一套适合钢轨表面缺陷检测的三维漏磁检测系统,并对人工缺陷样例进行了检测。结果表明,漏磁信号垂直分量包含重要的缺陷信息,特别是对于与钢轨走向不垂直的缺陷。     

焊接裂纹磁场模拟及磁光成像检测

研究交变磁场下的焊缝裂纹磁化规律,针对碳钢（Q235）焊缝裂纹,进行交变电磁场励磁下焊缝磁光成像无损检测的仿真和试验. 基于交变励磁下焊缝励磁规律的仿真模型,研究裂纹间隙分别为0.03,0.05,0.07和0.1 mm的焊缝表面磁通密度（磁感应强度）模曲线分布差异. 钢板对接间隙分别限定为0.03,0.05,0.07和0.1 mm后,通过激光焊接钢板两端来模拟仿真试验中的裂纹. 进行磁光成像无损检测试验,并将试验结果与仿真结果进行对比. 结果表明,在仿真试验与工艺试验中,焊接裂纹感应磁场的变化规律基本相同,磁感应强度不会因采样起始点不同出现较大的差异.     

基于ANSYS的漏磁模拟缺陷仿真以及特征值降维可视化

利用ANSYS有限元软件模拟了3种不同缺陷形状在不同参数下对于漏磁场的影响。分析了漏磁场径向分量以及轴向分量在不同参数下的变化曲线,根据其变化趋势选取了合适的特征值,为实现智能化识别缺陷提供了基础。分别建立了矩形凹槽、平滑凹坑和穿孔3种不同缺陷的漏磁场三维ANSYS模型,分别改变其磁化装置的气隙高度、缺陷宽度和缺陷深度3种参数,得到3种不同缺陷的漏磁场轴向曲线与径向曲线,分析研究了3种参数对于漏磁场的影响,根据其变化趋势选取了4种不同的特征值,通过t-SNE算法对4种不同特征值进行降维可视化,将其从高维空间降维至二维空间,验证了所选取的4种特征值能够明显地区分不同的缺陷类型,为通过计算机实现智能化识别缺陷类型提供了基础。     

基于三维数值模拟的焊缝缺陷漏磁场分析

以压力容器等焊接设备对接焊缝为对象,提出了一种基于数值模拟的焊缝缺陷漏磁场的分析方法。通过仿真分析,对比分析了不同焊接工艺(单面焊和双面焊)无缺陷、焊道上分布矩形槽缺陷及热影响区分布矩形槽缺陷时的漏磁场特征,评述了单面焊同时分布两个矩形槽缺陷对漏磁场分布的影响规律。数值模拟结果表明:双面焊这种结构对于焊道上分布矩形槽时的漏磁场的影响更大;两个缺陷同时存在时,缺陷之间的距离是影响缺陷漏磁场分布的主要因素。     

基于三维有限元动态模拟圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场

根据电磁场有限元分析的基础理论，对储罐底板圆柱形表面腐蚀缺陷，应用ANSYS三维有限元静态分析了圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场，得到了圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场的空间分布。在一定条件下，静态模拟的缺陷漏磁场受励磁结构中永磁铁磁场的影响较大，造成在永磁铁附近漏磁场分布的畸变。而动态模拟下得到的漏磁场只在缺陷附近有明显的变化，缺陷漏磁场受励磁结构中永磁铁磁场的影响很小，有利于对腐蚀缺陷的分析。     

基于径向基函数神经网络的管道缺陷漏磁场分析

管道缺陷漏磁场的量化研究一直是个难题，提出了应用径向基函数（RBF）神经网络来对漏磁场插值计算和非线性逼近的必要性，建立了适合该问题的RBF网络模型，给出了学习算法，制作了常见的人工凹坑缺陷，并对其用该方法进行插值和漏磁场曲面重构。结果表明，该模型算法收敛速度快、自适应性强、所需数据量小、计算量少、拟和曲面效果好，能很好地反映缺陷漏磁场的分布，比其它插值方法更方便、有效，为管道缺陷检测量化提供了一种可行的方法。     

表面开口缺陷深度与漏磁场的关系

由磁偶极子理论证明,表面开口缺陷引起的漏磁场H正比于(d/2-kδ),其中d是缺陷深度,而δ是取决于工件和缺陷横截面的形状与尺寸的一较小长度,k是一个系数,它取决于缺陷侧壁上的磁荷分水岭。从而可以得出结论,当d很小时,H与d间近似为线性关系;而d增大时,它们之间则呈非线性关系。     

平行钢丝束填充状态对表层缺陷漏磁场的弱化规律分析

平行钢丝束作为缆索桥梁的关键受力构件,直接影响桥梁结构的安全。基于漏磁检测原理,利用柔性桥索检测传感器对平行钢丝束典型缺陷进行检测。采用点检测和线扫查两种检测方式,研究了圆形和扇形两种排布方式下不同平行钢丝束的填充状态对表层缺陷漏磁场的影响。针对观察到的平行钢丝束填充会减小表层缺陷漏磁场强度的现象,提出了一种用于预测该弱化规律的模型,在缺陷钢丝周围有、无平行钢丝束填充的两种状态下研究了不同位置表层缺陷的漏磁场分布,得出了两种填充状态下缺陷漏磁场与缺陷位置的关系。     

钢管漏磁探伤中孔洞缺陷的漏磁场分析

针对钢管孔洞缺陷进行了分析。分别从数学模型和仿真软件建模等方面对孔洞缺陷进行了漏磁场分析，并且将采集的漏磁信号进行处理，得出孔洞半径与漏磁信号之间的关系，为孔洞缺陷信号的识别提供了一定的参考依据。     

高强钢焊接缺陷磁光成像分形特征检测

研究一种基于磁光成像原理的焊接缺陷无损检测新方法.以高强钢表面微小焊接缺陷为例,采用分形维数对焊缝磁光图像进行特征识别并估计最优尺度,根据Adabost分类算法对提取的焊接缺陷特征进行分析和训练,构建焊接缺陷特征量并对高强钢表面缺陷磁光图像进行自动识别.结果表明,运用磁光成像方法可以获取高强钢焊接缺陷特征,并通过图像分形维数分析可识别焊缝缺陷的位置、形状和类别.     

焊接裂纹磁光成像纹理特征提取

以高强钢焊接裂纹为检测对象,研究磁光成像识别方法,论述采用磁光成像技术检测微小焊接裂纹的基本原理。基于模糊集合论原理,采用改进的连续模糊增强算法提高区分度,解决高强钢表面裂纹磁光成像不均、裂纹和熔融区区分度低的不足。利用自适应快速边缘检测算法提取焊接裂纹图像的纹理特征。试验结果表明该方法可有效提取裂纹磁光图像边缘特征,提高焊接裂纹检测跟踪过程的准确性。     

磁场复合电解加工间隙磁场的有限元分析

为了研究永磁体不同设置对磁场复合电解加工间隙磁场分布的影响，建立了磁场复合电解加工间隙磁场分析的数学模型和有限元模型，采用ANSYS软件对其进行了分析。结果表明：当永磁体置于阳极下方且磁化方向垂直于阳极时，磁场对电解加工几乎无影响；而当永磁体置于阳极下方且磁化方向平行于阳极时，间隙中的磁场强度较为均匀且磁场方向与电场方向垂直，有利于提高电解加工的效率和型面的加工精度。分析结果与试验结果一致。     

Numerical analysis of external magnetic field for mitigating backward flow momentum in weld pool

The external magnetic field is applied to mitigating backward flow jet of molten metal in weld pool so that humping bead may be suppressed during high speed gas metal arc welding（GMAW）. Therefore, the external magnetic field distribution in workpiece is critical to understand the interaction mechanisms of the external magnetic field with molten metal flow. In this study, the steady state external magnetic field induced by excitation device is numerically analyzed by using the the finite element software ANSYS and the three dimensional static magnetic scalar method. The distribution of external transverse magnetic field By in workpiece and arc area is calculated, and the influence of excitation current and air-gap distance on the distribution of transverse magnetic field By has been discussed. The magnetic field distribution in workpiece is measured by using a Tesla-Meter and compared with the simulated result. It is found that both are in good agreement.     

Experiment and simulation study of 3D magnetic field sensing for magnetic flux leakage defect characterisation

Magnetic flux leakage (MFL) testing is widely used to detect and characterise defects in pipelines, rail tracks and other structures. The measurement of the two field components perpendicular to the test surface and parallel to the applied field in MFL systems is well established. However, it is rarely effective when the shapes of the specimens and defects with respect to the applied field are arbitrary. In order to overcome the pitfalls of traditional MFL measurement, measurement of the three-dimensional (3D) magnetic field is proposed. The study is undertaken using extensive finite element analysis (FEA) focussing on the 3D distribution of magnetic fields for defect characterisation and employing a high sensitivity 3-axis magnetic field sensor in experimental study. Several MFL tests were undertaken on steel samples, including a section of rail track. The experimental and FEA test results show that data from not only the x- and z-axes but also y-axis can give comprehensive positional information about defects in terms of shape and orientation, being especially advantageous where the defect is aligned close to parallel to the applied field. The work concludes that 3D magnetic field sensing could be used to improve the defect characterisation capabilities of existing MFL systems, especially where defects have irregular geometries.     

Magnetic leakage field due to sub-surface defects in ferromagnetic specimens

This paper describes analytical expressions for the magnetic leakage field of two types of internal defects: two dimensional rectangular and elliptical defects as functions of the applied magnetic field strength, the defect size and the distance below the surface. In this study, the magnetic image effects from the spatial boundary and the defect boundary are taken into consideration. That is, the leakage field of rectangular-like defects or elliptically shaped defects ‘below the surface’ are derived by using the modified dipole model and image theory. The profiles and strengths of leakage fields calculated from the proposed analytical forms are presented under various conditions and compared with experimentally measured ones.     

基于Canny算子的焊缝图像边缘提取技术

为了实现对焊缝表面缺陷的自动检测与分类,研究一种有效识别焊缝表面缺陷的激光视觉检测方法. 通过激光视觉传感器采集焊缝图像并进行预处理,包括图像分割,灰度化,平滑去噪以及焊缝轮廓提取. 采用方向梯度直方图(Histogram of Oriented Gradient, HOG)提取焊缝激光条纹轮廓图像的特征向量. 其次,基于5折-交叉验证网格搜索方法进行模型参数寻优,最终建立了支持向量机(Support Vector Machine, SVM)智能模型识别与分类焊缝表面缺陷. 通过调整焊缝轮廓提取算法、HOG特征维度得到不同特征数据并进行对比、分析焊缝缺陷的识别效果. 在相同试验条件下,发现支持向量机比随机森林分类器、K最近邻分类器以及朴素贝叶斯分类器的识别率更高,达到97.86%. 基于HOG-SVM的焊缝表面缺陷智能识别方法可有效提高焊缝缺陷(气孔、凹陷、咬边)及无缺陷的分类精度.     

SMC模压成型热性能参数测定与温度场数值模拟

依据不饱和聚酯树脂(SMC)模压成型热分析理论,建立了模压成型温度场数学模型,通过差示扫描量热法(DSC)实验分析,确定了SMC的固化反应动力学参数。运用有限元分析与实验研究相结合的方法,研究了SMC模压成型过程中温度变化情况及温度场对模压成型的影响特点,对SMC模压成型工艺制度的确立提供了理论指导和依据。     

激光焊接温度场数值模拟

深入分析了激光焊接小孔传热模型的特点，在此基础上选取合适的热源形式，研究了移动线热源和高斯分布热源作用下，准稳态与瞬态激光焊接温度场。利用MAT—LAB软件及ANSYS有限元分析程序对激光焊接温度场地分别进行了计算及模拟，并且将两种分析结果进行了比较。最后还将有限元的模拟值与实测值进行了对比分析，进一步验证了小孔模型与高斯热源在激光焊接温度场模拟中的适用性。     

有限元法在旋转磁场磁粒研磨加工技术中的应用

磁场分布是影响磁粒研磨加工的重要因素之一，研究磁场分布的主要方法是数值计算法，本文介绍了旋转磁场磁粒研磨加工的基本原理，并用有限元法对旋转电磁场进行了计算，得到了一些重要结论。