X80管线钢疲劳损伤的磁记忆检测试验研究

对预制缺口的X80管线钢平板试件进行拉-拉疲劳试验和磁记忆信号检测,研究了整个疲劳试验过程中磁记忆信号的变化特征,分析了试件缺陷部位的判定方法,提出了量化试件疲劳损伤程度的特征量。结果表明:未经处理的磁记忆信号法相分量过零点位置与试件预制缺口位置并不吻合,将试件在疲劳加载过程中的磁记忆信号减去与之相对应的初始磁信号,处理后的磁信号过零点位置与试件损伤部位完全对应;磁记忆信号梯度值K可有效表征试件应力集中部位;梯度极大值Kmax随疲劳次数的增加而增大,反映了试件的疲劳损伤程度,在一定程度下可定量分析试件的疲劳寿命。     

42CrMo钢压扭动载下的疲劳寿命预测

对42CrMo钢缺口试件施加压扭复合动态载荷,进行疲劳试验和金属磁记忆在线检测。试验结果表明,金属磁记忆检测技术在压扭动载疲劳损伤检测中是可行的。采集的磁记忆信号切向分量能够表征整个疲劳过程中试件各部位的应力集中程度及其变化趋势。提取了磁记忆信号特征参量k max,通过对特征参量k max的分析,实现了对试件缺口附近的应力集中程度的定性与定量表征。建立了k max的疲劳损伤模型,对试件的疲劳寿命进行了初步预测,为钻具的工况检测提供试验依据。     

42CrMo钢压扭动载下的疲劳寿命预测

对42CrMo钢缺口试件施加压扭复合动态载荷,进行疲劳试验和金属磁记忆在线检测。试验结果表明,金属磁记忆检测技术在压扭动载疲劳损伤检测中是可行的。采集的磁记忆信号切向分量能够表征整个疲劳过程中试件各部位的应力集中程度及其变化趋势。提取了磁记忆信号特征参量k max,通过对特征参量k max的分析,实现了对试件缺口附近的应力集中程度的定性与定量表征。建立了k max的疲劳损伤模型,对试件的疲劳寿命进行了初步预测,为钻具的工况检测提供试验依据。     

金属疲劳过程磁记忆信号多特征量提取研究

为明确铁磁构件疲劳过程磁记忆信号的变化规律,实现疲劳损伤的量化评估,选取带中心圆孔的Q235钢试件进行轴向拉伸疲劳试验,通过三维运动平台实现磁记忆信号的稳定连续采集,以小波变换为信号多尺度分析工具,对磁记忆信号进行降噪,并采用小波包进行磁记忆信号分解与重构,提取信号的小波包能量、奇异性指数作为特征量,得到了不同频带上相对能量分布和奇异性指数的变化规律,并将能量、奇异性指数与信号梯度峰值相结合,共同构成评估疲劳损伤的多特征量。试验结果表明:试件疲劳损伤过程中能量、奇异性指数和梯度峰值变化显著,随着循环次数的增加,低频段能量不断增加,高频段能量占总能量比例不断降低,总能量分布向低频段偏移,同时奇异性指数不断减小,而各阶段梯度峰值逐渐增加。通过能量、奇异性指数和梯度峰值的多特征量的研究可以弥补单一特征量存在的不足,研究结果可为金属构件疲劳损伤程度的评估提供技术支撑。     

中碳钢疲劳试验的磁记忆检测

金属磁记忆检测技术是无损检测领域新兴的检测手段,由于其具有独特的检测理念,被期望能够在铁磁性金属构件早期损伤阶段即进行准确的无损检验工作,但是该技术仍处于发展初期,需要开展大量基础性研究工作来探究其机理和应用范围.通过不同加载方式的疲劳试验,研究疲劳载荷作用下中碳45钢试件磁记忆信号的变化情况.研究表明:指定疲劳方式下试件磁记忆信号随疲劳循环次数增加呈现规律性变化;磁记忆检测高载疲劳损伤的能力优于低载疲劳损伤,对含缺陷试件疲劳损伤的判别强于无缺陷试件.分析磁记忆现象的成因,认为疲劳作用促使试件受载薄弱区域位错应力场形成和成长,使该区域磁畴分布明显异于正常区域,进而以特殊磁信号形式表现出来.试验表明:磁记忆检测技术有助于评判金属材料的损伤情况,但评判的准确性会受到加载条件和试件形貌等多种因素的影响.     

拉伸及疲劳载荷对低碳钢磁记忆信号的影响

为探索金属磁记忆现象的物理本质,深入研究载荷对磁记忆检测信号的影响,在MTS810型液压伺服试验机上对低碳钢板状试件分别施加静载拉伸载荷及拉-拉疲劳载荷,采用EMS-2003型金属磁记忆与涡流诊断仪检测加载过程中磁记忆信号的变化。结果表明:施加载荷前试件表面的初始磁状态不同;加载过程中两种加载方式均使磁记忆信号曲线由初始的随机分布转变为较有规律分布,静载拉伸试件弹性变形阶段与塑性变形阶段的磁信号曲线具有明显差异,疲劳试验不同循环周次下磁信号曲线相似;断裂瞬间断口处磁信号激变,两端极性相反;疲劳加载过程中过零点由初始磁状态的随机位置逐渐漂移集中在断口处。     

基于双正交法的焊缝早期隐性损伤临界状态磁记忆特征

针对焊缝早期隐性损伤临界状态磁记忆特征提取及评价难题,在大量试验基础上提出双正交法:即焊缝检测路径的正交性和磁场矢量分析的正交性。以Q235B焊接试件为试验材料,通过测量焊缝纵向和横向磁记忆信号分布,引入磁场正交矢量空间图和李萨如图,研究疲劳载荷下焊缝隐性损伤演化的磁记忆表征规律,对比扫描电镜和X射线检测结果,获得焊缝早期隐性损伤临界状态磁记忆特征:隐性损伤出现时李萨如图会产生涡动性的局部闭合,随着损伤的扩展涡动性局部闭合的面积越来越大直至断裂时完全闭合。在此基础上提出正交矢量梯度积分S(K)和正交矢量合成梯度比Kr的概念,建立Kr与剩余寿命Nr定量关系模型,为焊缝早期隐性损伤临界状态的定量研究提供一种新的思路。     

45钢中心裂纹试件疲劳损伤的磁记忆检测技术研究

介绍可早期检测铁磁试件应力集中状况和疲劳损伤程度的无损检测金属磁记忆方法,通过对45钢中心裂纹试样进行拉伸疲劳试验,测定了磁信号特征参量随循环次数N的变化关系,研究了磁信号特征参量在疲劳裂纹扩展过程中的变化规律,分析了以磁记忆特征参量评价试件疲劳损伤程度的可行性。以磁性特征参量为基础,定义并建立了新的疲劳损伤参量模型,以新定义的损伤参量来表示试件的损伤程度更加清晰,具有更好的可操作性。     

48MnV钢拉压疲劳过程中的磁记忆信号变化

为探索金属磁记忆信号在材料疲劳过程中的变化规律，选用48MnV钢为材料，以其疲劳极限为负载作标准拉压疲劳试验，并采用金属磁记忆诊断仪检测材料疲劳过程中磁记忆信号的变化。试验结果表明，磁记忆信号在整个疲劳过程中表现出振荡、突变和收敛三大规律，即：磁记忆信号随疲劳循环次数的增加而上下振荡；在500万次疲劳循环附近，磁记忆信号存在一个突变点；该突变点前后，磁记忆信号随疲劳循环次数增加均有明显的收敛现象。     

激光熔覆对30CrMnSiA钢试件疲劳寿命的影响

讨论了３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢试件的疲劳寿命与激光熔覆参量的关系，在优选参数的基础上，对钢试件进行了激光熔覆处理，并完成了疲劳寿命试验，给出了Ｓ－Ｎ曲线及其表达式，结果表明，在优选参量条件下，激光熔覆处理能显著地增加钢试件的疲劳寿命。     

基于模糊c均值聚类算法的焊缝缺陷等级磁记忆定量识别

针对磁记忆检测技术在焊缝缺陷等级定量识别中模糊性和分散性的难题,提出以模糊c均值聚类算法为理论基础的焊缝缺陷等级磁记忆定量识别模型。以Q235焊接试件为试验材料,进行疲劳拉伸试验。对比X射线检测定量标准,确定磁记忆焊缝缺陷量化等级,提取不同等级的磁记忆信号征参数向量,通过训练样本的学习选取最优模糊加权指数m,建立了基于模糊c均值聚类算法的焊缝缺陷等级磁记忆定量识别模型。模型验证结果表明,预测损伤等级的准确率达到了90%,为实际工程中准确区分焊缝缺陷等级提供理论依据和新的思路。     

对构件30CrMnSiN2A损伤磁记忆效应的研究

以30CrMnSiN2A钢为研究对象,采用高频疲劳试验机,在不同最大载荷作用下对带圆孔缺陷的30CrMnSiN2A圆棒试件进行拉拉疲劳试验。研究试件在不同疲劳应力水平作用下和不同循环周次后磁记忆检测信号的变化规律,以及磁记忆信号、K值与裂纹扩展速率、疲劳寿命、疲劳载荷之间的关系。     

强化磁激励条件下磁记忆检测试验研究北大核心

对含预制缺陷的16MnR钢平板试件进行拉-拉疲劳试验,试验过程中采用励磁装置进行稳恒弱磁激励,通过巨磁阻传感器采集试件表面应力集中区域的漏磁场信号。结果表明,在弱磁激励和载荷作用停止时测得的漏磁场切向分量仍可以认为是一种广义的磁记忆信号,适当加强外磁场激励可以突出、强化磁记忆信号,提高检测系统的灵敏度,使检测效果得到改善;漏磁场切向分量在试件应力集中处出现最大值,其值随循环次数增加而增大,且在疲劳的不同阶段幅值变化率不同。     

基于磁记忆检测的服役铁磁零件剩余寿命预测

服役零件疲劳寿命的预测与评估是装备高质量运行的前提。为准确预测服役零件的剩余寿命,基于磁记忆检测方法探索影响零件剩余寿命的参数,建立剩余寿命预测的新方法。以汽车车桥桥壳为对象,通过ABAQUS对服役零件进行疲劳寿命模拟分析,识别零件的疲劳危险区域;借助金属磁记忆检测技术和断裂力学理论,提取零件疲劳危险区中表征疲劳损伤程度的裂纹长度、应力强度因子、磁记忆信号法向分量梯度最大值、应力集中度等作为参数;引入支持向量机(SVM)理论,建立零件的剩余寿命预测模型。结果表明:SVM模型具有较高的预测精度,预测值与疲劳试验实测剩余寿命值相比误差不超过10%;预测精度同时受到零件损伤程度、训练样本数量、载荷大小和输入特征参数等的影响;建立的方法能够有效应用于低载荷高周疲劳下的桥壳等服役零件的剩余寿命预测。     

面向再制造的510L钢疲劳裂纹扩展磁记忆检测

为探索磁记忆信号在铁磁性材料裂纹扩展过程中的变化规律,以510L钢为研究对象,采集裂纹扩展过程不同区域的磁记忆信号,计算裂纹尖端的应力强度因子,分析疲劳断口形貌,探讨金属磁记忆方法对铁磁材料疲劳损伤与裂纹扩展检测的可行性,并建立裂纹尖端磁记忆信号梯度Kmax值和应力强度因子KI之间的关系。结果表明:M(T)试样宏观切口处的磁记忆信号特征量比裂纹尖端应力集中处的磁记忆信号特征量明显;梯度Kmax值和应力强度因子KI在疲劳循环累积下均呈指数形式增加,从断裂力学角度说明Kmax反映疲劳累积损伤的可行性;磁记忆信号特征量ΔHp(y)及Kmax可以反映经过不同服役期的510L钢损伤情况,为再制造修复和加工提供依据。     

地磁场中应力对磁畴组织结构影响的试验研究

金属磁记忆检测技术是一种能对铁磁构件早期损伤进行有效诊断的无损检测技术。为进一步探索研究金属磁记忆检测的机理,选用粉纹法对Q235平板试样的磁畴结构进行观察,研究地磁场中不同应力状态下该铁磁材料的磁畴结构的变化特征,并且利用高精度弱磁检测装置获取其试件表面的漏磁信号规律。试验结果表明:随外载荷的改变,被观察部位的磁畴类型、畴壁形态有显著性变化,且不同区域的磁畴转变快慢不同但变化趋势相近;同时,随外载荷的增大,试件表面漏磁信号增大。验证了地磁场中铁磁材料的磁畴结构受应力作用发生磁畴移动与转向,并且在应力撤出后这种改变得以保留的规律。为铁磁材料磁记忆检测微观机理的进一步探索研究提供可靠、有效的试验依据。     

花萼状涡流传感器及其飞机金属结构疲劳损伤监测试验研究

飞机金属结构疲劳损伤的实时在线监测,对于保证飞行安全是极其重要的。在文献[13]的基础之上,提出一种花萼状涡流传感器,并搭建基于该传感器的疲劳裂纹监测系统,进行程序载荷谱下的2A12-T4铝合金拉伸疲劳试验件的疲劳损伤在线监测试验,通过对比传感器监测结果和疲劳裂纹断口定量分析结果,对传感器的疲劳裂纹定量监测能力进行验证。监测试验结果与试件断口定量分析对比结果表明,在试件疲劳裂纹扩展过程中,传感器的各感应线圈通道的幅值比信号的变化较为明显,同时具有阶跃特征,当裂纹从一个感应线圈通道位置扩展至其相邻通道位置时,该感应线圈通道的幅值比信号会急剧增加,而当裂纹穿出其相邻通道位置时,该感应线圈通道的幅值比信号增加速度显著减缓;根据阶跃特性,将各感应线圈通道的幅值比信号开始快速增加的"拐点"作为裂纹前缘进入相应感应线圈通道的特征,花萼状涡流传感器可以实现疲劳裂纹的定量监测,监测精度为1 mm;离疲劳源较近的感应线圈通道的幅值比信号可定性监测结构的疲劳累积损伤程度。     

激光涂层零件的疲劳撞击可靠性寿命试验分析

制备了自熔合金粉末激光熔覆涂层试件，在多次撞击疲劳试验机上进行了可靠性试验，获得了相应的P—S—N曲线，考察了不同涂层材料对试件疲劳强度和可靠性寿命的影响。对多次撞击载荷下涂层零件的典型失效过程和涂层与基体的疲劳累积塑性变形进行了初步分析。     

疲劳载荷作用下应力集中部位金属的磁记忆现象

研究了含有缺口的18CrNi4A渗碳钢试样在疲劳载荷作用下的磁记忆现象。结果表明:在应力集中部位磁记忆信号Hp(y)变化明显,且随循环加载次数的增加呈现规律性变化;在试验过程中,当循环加载到一定次数后,Hp(y)曲线过零点,在随后循环中零点的位置变化很小,直到试样产生裂纹、断裂;磁记忆检测对18CrNi4A渗碳钢构件的疲劳损伤具有较准确的判断能力。     

弱场激励下铁磁性试件疲劳拉伸磁信号研究

研究了铁磁性材料试件,在弱磁激励条件下进行疲劳拉伸,并检测试件表面沿拉伸方向表面磁场信号的变化及其分布特征。选用16MnR进行试验,对预制缺陷的试件进行弹性范围内的疲劳拉伸。利用基于巨磁阻芯片的阵列式传感器探头进行不同拉伸阶段的试件表面磁场扫描测量,并对信号进行滤波处理和对本征信号及其梯度进行成像。对不同拉伸阶段和传感器阵列中不同传感器通道的磁信号进行了分析,探讨了弱磁激励状态下疲劳拉伸试件表面磁信号对无损性评估铁磁性机械试件的有效性。