基于电磁超声的钢轨探伤装置

由于当前压电超声钢轨探伤装置依赖耦合剂、结构复杂,故设计了基于电磁超声的钢轨探伤装置。该装置采用电磁超声斜入射体波、垂直入射体波、高频和低频表面波四种类型探头,可以实现对钢轨的全面探伤;设计的多通道探伤装置机械结构具有体积小的特点;针对电磁超声换能器换能效率低、对噪声敏感的特点,设计了大功率发射和低噪声接收电路;提出自相关算法,实现对多通道接收的处理。试验结果表明,该装置可以对钢轨轨底、轨腰、踏面、轨头等多处的缺陷进行检测,对于列车行车安全具有重要意义。     

基于偏置磁场EMAT表面波换能器效率的分析

为提高常规EMAT(电磁超声)换能器效率,设计一种新型偏置磁场EMAT换能器。利用有限元软件建立EMAT激励表面波的二维仿真模型,对比分析常规和偏置EMAT对激励表面波的影响。最后设计正交试验研究磁铁高度、磁铁宽度、线圈高度、线圈宽度和线圈提离对偏置EMAT激励表面波的影响规律,并通过试验验证了其准确性,此外还研究了偏置磁铁对接收EMAT的影响。结果表明,偏置EMAT换能器激励的表面波幅值比常规EMAT的提高了51%,并且该方法不会在频域信息上发生主频分叉畸变问题,采用偏置EMAT接收的信号幅值比常规EMAT的提高了38%,偏置EMAT能有效提高检测灵敏度。     

基于电磁超声表面波的钢轨在线探伤装置

针对目前普遍采用的压电超声式钢轨在线探伤装置存在探伤速度有限,难以检测钢轨表面缺陷的缺点,设计了一种基于电磁超声表面波的钢轨探伤装置。该装置采用透反结合的方式,通过两种频率的电磁超声表面波进行钢轨在线探伤;通过电磁超声大功率发射和低噪声接收电路完成超声波的发射和接收;采用基于FPGA(现场可编程门陈列,Field Programmable Gata Array)和ARM(Advance RISC Machinec)硬件架构,实现装置的控制、数据采集、存储等功能;通过上位机对探伤数据进行处理、显示。试验表明,装置能够有效检测出钢轨轨头核伤、人工加工缺陷等,具有无需声耦合剂、检测精度高、速度快的特点。     

电磁超声表面波探伤技术

针对金属板材表面大范围的健康监测问题,进行了电磁表面波的研究。设计了基于电磁超声原理表面波探伤系统,其主要由激励、接收和换能器组成。由表面波的特性,推导出了表面波的激发频率,线圈采用反复绕制的回折线圈,其优点是增大单位面积的电流。激励采用推挽式功率放大,接收采用二级放大。在长600mm、宽300mm、厚30mm铝板上进行试验,实验结果表明利用一发一收的换能器模式能够检测铝板表面的缺陷,达到了对铝板表面探伤的效果。     

电磁超声横波换能器中永磁体的建模与优化

为提高电磁超声横波换能器的换能效率,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics计算电磁超声横波换能器中永磁体产生的磁场强度,得到磁场的分布规律,对永磁体从长度、宽度和厚度三个方面进行了优化,以指导电磁超声横波换能器结构的设计。研究表明,永磁体产生的磁场强度明显大于蝶形线圈产生的磁场,在考虑电磁超声横波换能器时,可忽略蝶形线圈产生的磁场的影响;永磁体厚度对换能器效率有明显影响,当厚度增大,磁场强度增强,但趋势逐渐减缓;永磁体宽度和长度的设计不存在固定的比例准则,需要根据线圈的实际尺寸参数进行设计。     

静态偏置磁场对铁磁材料电磁超声换能器信噪比的影响

电磁超声换能器的信噪比低,严重限制了电磁超声技术的进一步发展。为解决这一问题,分析了影响电磁超声换能器信噪比的关键因素——静态偏置磁场。以麦克斯韦方程组和波动方程为理论基础,建立了铁磁材料电磁超声换能器数值模拟方法并开发了相应的程序,探究了静态偏置磁场强度对电磁超声换能器的影响。结果表明:随着静态偏置磁场强度的增大,磁致伸缩体力逐渐减小,而洛伦兹力一直增加;永磁体厚度的增大,使回波信号幅值逐渐减弱,但趋于稳定。     

基于表面波的塑性变形电磁超声定量无损检测

电磁超声具有非接触、易于激发和接收表面波等优点,探讨了基于表面波的金属材料塑性变形电磁超声无损检测及定量方法。首先,建立了电磁超声有限元数值计算模型,开展了电磁超声表面波探头的优化设计,并在此基础上搭建了基于电磁超声表面波检测的塑性变形检测试验系统;其次,采用具有不同塑性变形的单轴和双轴拉伸不锈钢试件,分析了塑性变形的大小和方向与表面波传播速度之间的关系。最后,通过电磁超声系统测量表面波在两个正交方向的传播速度,实现了对不锈钢试件双轴塑性变形的定量无损检测。     

电磁超声表面波的铝板检测技术

针对电磁超声换能器激发导波多模态的问题,研究了单极性磁钢作用下具有曲折线圈结构的EMAT在铝板中的工作机理,以及固定激发频率下曲折线圈间距对该EMAT激发导波多模态的影响。利用ANSYS有限元软件对不同线圈间距的电磁超声换能器进行仿真,分析质点所受洛伦兹力。只改变线圈间距的情况下在铝板上对1.5mm、3mm、5mm三种间距的曲折线圈进行对比实验。实验结果表明线圈间距小于1.5mm时,换能器在铝板上激发出的表面波现象增强。     

GTAW外加间歇交变纵向磁场的数值计算及其对焊接行为的影响

针对奥氏体不锈钢外加纵向磁场的气体保护钨极电弧焊接（ＧＴＡＷ）时,与电极同轴的单个轴对称空心圆柱线圈在双向脉冲矩形励磁电流作用下产生的间歇交变纵向磁场。采用无瑕点单积分磁场的数学模型,对ＧＴＡＷ焊接外加间歇之变纵向磁场进行了数值计算,该方法具有模型简单、计算速度快和精度高等优点,并讨论了该间歇交变纵向磁场的分布、磁场的均匀性及其纵仙分量与径向分量的比率等规律及其对焊接的影响,认为横磁分量将削弱ＧＴ     

表面波检测的数值模拟与试验对比

为了在超声波无损检测方案制定过程中和分析检测结果时给予参考,采用有限元计算模拟了表面波的传播过程。根据表面波的激励原理,建立了表面波换能器的有限元模型,按照有限元软件的通用步骤进行加载与求解。提取各类型波的速度数据,分析了表面波在遇到缺陷时产生的波型转换现象,并进行了试验验证。通过对比可知,有限元分析结果与理论、试验结果相符,该数值计算方法正确可靠,对实际应用有一定的参考价值。     

Longitudinal mode magnetostrictive patch transducer array employing a multi-splitting meander coil for pipe inspection

Recently, a magnetostrictive patch transducer (MPT) by means of the highly magnetostrictive (such as nickel or iron–cobalt alloy) patch attached on the specimen has been applied in nondestructive ultrasonic testing in waveguides. In the study, we proposed a new MPTs array employing a multi-splitting meander coil (MSMC) for generating and receiving longitudinal guided waves in pipes. In the suggested configuration, the directions of the static magnetic field produced by the permanent magnets and the dynamic magnetic field produced by the MSMC are in the axial direction of the pipe. Two finite element models were established to simulate the distribution of the static and dynamic magnetic fields in the patch, respectively. The proposed MSMC was made of flexible printed circuit (FPC), so it could be easily installed on pipe surface. The performance of the proposed MPTs array was experimentally studied. Firstly, it was experimentally verified that the axisymmetric longitudinal guided wave mode, L(0,2), could be effectively generated and received in pipes with the developed MSMC-MPTs array. Secondly, the frequency response characteristics of the developed MSMC-MPTs array were related to D (the distance between adjacent belts of the MSMC). Thirdly, we demonstrated the ability of the developed MSMC-MPTs array for the identification and location of a crack defect in pipes. Finally, we compared the performances of the MSMC-MPTs array and conventional meander coil-MPTs and proved that the signals of the longitudinal guided wave mode could be enhanced by using the developed MSMC-MPTs array.     

弱磁场下管件表面磁场的分布特征

根据磁偶极子理论，建立稳恒微弱垂直弱磁场作用下高压管类试件线状缺陷产生的漏磁场模型。根据磁偶极子空间磁场分布，导出了在外部垂直方向弱磁场下管状工件表面细长缺陷产生的弱磁场法向分量的计算公式。分析了不同纵向磁化强度下，作为磁记忆检测方法重要判据的磁场法向零值线形状及分布特点。     

一种永磁同步电主轴转矩脉动和电磁力波的抑制方法

针对磁极为平行充磁且两边平行的表面式永磁同步电主轴存在转矩脉动和径向电磁力波的问题,提出一种磁极结构优化方法以抑制转矩脉动和径向电磁力波。基于等效面电流法建立磁极表面半径为任意值的永磁同步电主轴转子气隙磁场的解析模型;综合研究转子气隙磁场对定子开槽电主轴转矩脉动、径向电磁力波的影响;在最小气隙长度不变的前提下,确立优化目标(气隙磁通密度的谐波和幅值),并通过迭代计算的方式得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案(方案一结构和方案二结构);最后,通过有限元法验证转子气隙磁场解析模型的有效性,并对原结构电主轴、方案一结构电主轴和方案二结构电主轴的转子气隙磁场谐波、转矩脉动、齿槽转矩、平均转矩和径向电磁力波进行对比分析。结果表明:该优化方法可以得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案,实现原电主轴指定阶次磁通密度谐波、转矩脉动和径向电磁力波的综合抑制。     

基于非线性浅水模型的铝电解磁流体动力学计算

基于铝电解槽内流体体系及电磁场分布特点,建立了非线性磁流体动力学浅水模型,并应用此模型对某300 kA电解槽的熔体流场及铝液-电解质界面波动进行瞬态数值研究.在此基础上,通过动力学计算分析极距及铝液区垂直磁场对磁流体稳定性的影响.结果表明:随着极距的减小,界面波动由稳定趋向于不稳定;减小铝液区的垂直磁感应强度能大幅提高磁流体的稳定性.     

电磁连铸高频调幅磁场对铸坯表面温度的影响

建立电磁软接触连铸结晶器内三维电磁场和温度场计算模型,研究采用方波和正弦波调幅后的高频调幅磁场对铸坯表面温度的影响。结果表明:方波和正弦波调幅磁场的感应热功率都与调幅波频率无关。方波调幅磁场的感应热功率(Q)介于单独施加用于调幅的两个恒幅磁场的感应热功率(Q1和Q2)之间,在Q1和Q2确定后,调幅磁场的感应热功率取决于各自作用时间T1和T2的相对比例;正弦波调幅磁场产生的感应热功率是高频磁场调幅前感应热功率的62%～64%。     

激光冲击E690高强钢表面应变预测模型的建立

利用ABAQUS有限元软件对激光冲击波加载E690高强钢表面应变及应力变化过程进行仿真,分析了在不同冲击波压力下塑性形变与应力云图的关系,建立了激光冲击E690高强钢表面应变预测模型,并设计试验验证了该模型的准确性。结果表明,激光冲击下E690高强钢的动态响应遵循Hugoniot弹性极限公式,激光脉冲诱导的冲击波在E690高强钢表面引起的塑性形变与其表面的残余压应力成正相关,试验结果与仿真结果具有较好的一致性。     

Density wave v.s. magnetic breakdown: Mechanism of high-field phase transition in α-(BEDT-TTF)2XHg(SCN)4

We study the density wave instability under magnetic fields for the two-band two-dimensional electron system with the interband coupling due to the magnetic breakdown. We consider a model system having a pair of open Fermi surfaces and a closed Fermi surface, whose low-temperature state is a density wave phase caused by the nesting of open Fermi surfaces. Under the influence of magnetic fields, the density wave transition is suppressed by the magnetic breakdown coupling with the closed Fermi surface. We apply this model to the high-magnetic-field phase transition observed in the quasi-two-dimensiona1 organic conductors (BEDT-TTF)₂XHg(SCN)₄.     

永磁驱动的行波磁场理论及对凝固组织微细化作用

开发了一套以强磁性永磁体为驱动介质的行波磁场发生器，该装置具有使金属凝固组织微细化的作用。研究了永磁驱动的行波磁场理论；建立了数学模型，导出了金属液内与铸坯方向平行磁力分量的解析解，通过圆坯和扁坯的实验验证了磁力的存在。在金属凝固过程中，施加适当的永磁驱动行波磁场可得到100％的等轴晶组织。     

板坯连铸结晶器流场及液面波动水模研究

以我国实际生产的某结晶器为原型,建立1∶1有机玻璃水模型,模拟研究了结晶器断面和中间包液位对板坯连铸结晶器流场形态和结晶器液面波动的影响。中间包液位改变了水口出口的压力从而使结晶器流场和液面波动发生变化。通过实验研究进一步认识了板坯连铸结晶器液面波动及其影响因素,并用以指导高质量连铸坯的生产。     

等温局部加载成形过程中坯料变厚区过渡条件演化(英文)

采用简单不等厚坯料结合等温局部加载方法,低成本有效地控制大型钛合金筋板类构件成形过程中的材料流动和改善型腔充填。由于倒角过渡形式结构简单、过渡条件范围宽,因此坯料变厚区采用倒角过渡形式较好。局部加载成形过程中的过渡条件演化对坯料变厚区未约束部分的动态边界条件有显著影响。基于合理的假设,应用理论分析建立过渡条件演化模型。应用所建立模型的预测结果与实验和有限元分析结果进行比较,结果表明模型是可靠的。建立的过渡条件演化模型能够很好地处理变厚区未约束部分的动态边界,适用于对多筋构件局部加载成形中材料流动和型腔充填的快速分析。