基于有限元分析的涡流传感器性能研究

电涡流传感器探头是涡流检测系统的关键部件,其检测灵敏度影响系统的性能。运用COMSOL Multiphysics软件构建了圆柱差分型、单正交矩形柱型和双正交矩形柱型传感器模型。通过有限元仿真与试验验证分析了传感器的检测性能。进一步研究分析了传感器在裂纹宽度、长度和深度上的检测性能,分析比较了3种传感器的检测灵敏度,确定了在以裂纹为检测对象的电涡流传感器探头中采用双正交矩形柱型结构更合理。基于仿真结果优化设计了具有更高检测灵敏度的双正交矩形柱型传感器。     

电涡流传感器的基本原理分析与参数选择

本文讨论了电涡流传感器的基本原理,指出输入量可以变换为传感器的Q值、等效阻抗、等效电感三个参数,因此采用相应的测量线路,可以把电涡流传感器分成三种类型。文中对三种类型进行了比较。此外,还分析了传感器线圈参数对仪表线性范围、灵敏度的影响。     

基于遗传算法的电涡流传感器线性度优化

为提高电涡流传感器性能,研究了电涡流传感器线性度(非线性误差)与线圈几何参数之间的关系,提出以非线性误差表达式为目标函数,采用遗传算法进行线性度优化,并最终确定了一组最优的线圈几何参数。仿真结果表明,电涡流传感器非线性误差减小,且灵敏度基本保持不变。     

电涡流传感器探头线圈的参数化设计与制造

探头线圈是电涡流传感器的最核心的部件,其设计参数对电涡流传感器的性能有直接影响。建立电涡流传感器探头线圈的等效模型,根据理论推导和ANSYS参数化建模仿真,分析探头线圈的设计参数对电涡流传感器线性度、灵敏度和测量范围的影响。根据所确定的设计参数,利用印刷电路板制造工艺,制作PCB板探头线圈,并测试了基于PCB板探头线圈的电涡流传感器的静态和动态性能。结果表明,PCB板探头线圈制造工艺成熟稳定,一致性很高,质量容易保证,基于PCB板探头线圈的电涡流传感器可以满足实际应用的需要。     

简化目标函数的电涡流传感器线圈参数优化设计法

小外径的电涡流传感器薄线圈的参数优化设计的关键是寻求合理的目标函数的表达式。本文在线圈电参数计算的基础上利用激励线圈的电磁场分布对线圈测试性能进行分析预测,得出便于求解的线性量程和测量灵敏度的表达式,从而简化了复杂的目标函数。根据求解得到的优化值用线径为０．０５ｍｍ的漆包线绕制线圈进行了试验,结果表明线圈探头能满足线性测量范围及灵敏度要求。     

含铁氧体磁芯的电涡流传感器线圈阻抗理论模型和数值计算

针对铁氧体磁芯对电涡流传感器线圈阻抗的影响问题,建立了含铁氧体磁芯的线圈阻抗理论模型,推导了单匝线圈阻抗的级数和矩阵形式,并通过积分获得圆柱线圈的阻抗表达式。因表达式参数多且计算复杂,用有限元法对含Ni-Zn铁氧体磁芯的线圈阻抗进行数值计算,并分析了铁氧体磁芯及其几何参数对传感器性能的影响。研究表明：通过理论模型和有限元法都可获得线圈阻抗值,但后者求解更加简便;铁氧体磁芯可将磁场限定在一定范围之内,提高了传感器的灵敏度;磁芯参数对传感器性能的影响因被测体材料而异。本文的研究可为传感器探头结构优化和性能改善提供理论依据。     

梯形变截面悬臂梁式质量传感器设计与分析EI北大核心CSCD

谐振式微质量传感器的灵敏度取决于弹性元件的几何尺寸和结构形式。单纯依靠结构尺寸微型化方法已难以满足传感器工程实用性的要求,因而需要探索新的改善传感器性能的方法。在保证传感器外形尺寸不变的基础上,提出通过改变弹性梁的表面形状(梯形)和截面构型(槽型)来进一步提升传感器灵敏度的新方法,建立了基于槽型变截面弹性梁的传感器灵敏度分析模型,分析了影响传感器灵敏度的关键设计因素,得到了结构设计参数、自振频率及灵敏度之间的关系表达式。仿真结果表明,在相同外形尺寸参数下,矩形截面悬臂梁传感器的自振频率和质量检测灵敏度为1 254.2 Hz和9.8×103Hz/g,槽型变截面悬臂梁传感器的自振频率和灵敏度为1 776.1 Hz和38.0×103Hz/g。相对于矩形截面梁传感器,灵敏度提高了287.8%,从而验证了提出的灵敏度提升方法的有效性和可行性。     

电涡流传感器仿真开发与缺陷无损检测实验研究

金属表面缺陷电磁场分布情况是影响电涡流探测器灵敏度的主要原因。采用有限元方法和ANSYS工具,建立了电涡流探测器仿真过程中的有限元建模、材料特性定义、网格划分、边界条件设置、模型加载及模型求解等算法,对电涡流的电磁场分布进行仿真分析,并辅助设计电涡流探测器的线圈形状结构以及工作频率对传感器灵敏度的影响,并进行了实验研究,该技术可行,可指导电涡流探伤传感器优化设计和近表面缺陷无损检测。     

长输送油气管道膨胀检测涡流传感器线圈特性的研究

涡流传感器线圈完成信号收发,是涡流传感器的重要组成部分。为使涡流传感器具有更高的量程和线性度,论文对涡流传感器线圈轴向磁场进行研究。通过分析可知涡流传感器线圈轴向磁场与线圈内外径和轴向厚度有关。采用单一变量法进行研究可知,若要提高传感器的量程与线性范围,可通过增大传感器的外径实现;若要提高传感器的灵敏度,可通过减小线圈的轴向厚度和外径、增大线圈内径实现。本文为涡流传感器的后续研究奠定基础。     

脉冲漏磁检测技术中传感器性能影响因素研究

漏磁检测技术广泛应用于铁磁性材料的检测。脉冲漏磁检测采用脉冲激励对被测试件进行局部磁化,它的优点是能对较大提离下的铁磁性材料实现缺陷检测。分析了2种不同截面激励线圈下传感器的灵敏度情况,确定矩形截面激励线圈灵敏度高、受提离影响明显;并采用有限元法对矩形激励线圈厚度、匝数密度、尺寸大小及磁轭极靴高度、两极靴间距等对检测结果与提离值之间的关系进行分析,为合理选择传感器参数及优化传感器性能提供依据。     

Effect of hybrid electrochemical smoothing–roller burnishing process parameters on roundness error and micro-hardness

In this paper, a novel finishing process, which integrates the merits of electrochemical smoothing (ECS) and roller burnishing (RB) for minimizing the roundness error and increasing surface micro-hardness of cylindrical parts, is proposed. Through simple equipment attachments, electrochemical smoothing–roller burnishing (ECS–RB) can follow the turning process on the same machine. To explore the optimum combinations of the ECS–RB process parameters in an efficient and quantitative manner, the experiments were designed on the basis of the response surface methodology technique. The effect of ECS–RB parameters, namely, burnishing force, applied voltage, inter-electrode gap, and workpiece rotational speed on the roundness error and surface micro-hardness was studied. From the multi-objective optimization, the optimal combination of parameter settings are burnishing force of 350 N, applied voltage of 8.2 V, inter-electrode gap of 2.75 mm, and rotational speed of 970 rpm for achieving the required lower roundness error and higher surface micro-hardness. Surface micro-hardness considerably increases about 31.5% compared to the initial surface micro-hardness, and about 2.32 μm roundness error can be achieved using the optimum combination of process parameters. Therefore, the combination of ECS and RB is a feasible process by which it potentially reduces roundness error and surface micro-hardness of axis-symmetric parts improving their reliability and wear resistance.     

连续热镀锌线板形控制技术研究

通过对平整变接触支持辊轧制策略的有限元仿真分析和上机试验,以及拉矫工艺参数的神经网络在线设定及卷取过程钢卷内部应力场的逐层迭代计算分析,形成了一套热镀锌机组板形控制技术和工艺对策,经现场实际应用,取得了良好的板形控制效果,使机组产品的板形质量和成材率明显提高。     

超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性的研究

给出超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性概念后,论述了超磁致伸缩换能器驱动磁场宜用电磁感应强度表示。建立了ANSYS2D有限元模型,分析了超磁致伸缩棒、线圈长度、磁路闭合与否、补偿线圈等对磁场均匀性的影响,得出了明确的结论。该分析结果已经用于指导超磁致伸缩换能器的设计,取得良好的效果。     

基于变长度悬臂曲梁的金属橡胶材料本构模型

依据金属橡胶材料细观结构变形的主要特征,对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行分析。提出基于变长度悬臂曲梁的单匝螺旋卷细观结构单元,结合接触作用模型,从材料的微元体出发推导承受压缩载荷金属橡胶材料的本构模型。该模型包含金属丝直径、弹性模量、螺旋卷直径、材料相对密度等基本的材料结构参数,从理论上解释金属橡胶材料力学特性的物理本质。通过圆柱形和长方形两种不同外形金属橡胶试件对所建模型进行试验验证,结果表明理论计算和试验数据吻合较好,说明该模型能够描述金属橡胶材料在加载和卸载阶段的力学行为。为进一步研究金属橡胶材料的力学特性,指导金属橡胶产品的设计提供理论依据。     

铁路客车滚动轴承挡边结构的研究

本文应用弹性流体动力润滑理论,对铁路客车用圆柱滚子轴承的挡边和滚子端面形状进行了讨论。并从理论上提出了常用结构形状的最佳几何参数。     

电涡流传感器线圈阻抗计算方法

针对电涡流传感器的线圈阻抗值计算问题,提出理论计算法和有限元法两种方法.以厚度为δ的被测体(含磁性和非磁性导体)上方正对一圆柱型线圈为求解模型,根据传感器工作原理和电磁场理论导出线圈阻抗积分表达式,并将其转化为更易求解的级数表达形式,由MathematicTM计算线圈阻抗值.然后根据有限元建模理论建立传感器的有限元模型,通过仿真得到传感器磁力线分布和线圈阻抗值.最后比较两种方法得到的阻抗值,结果表明两种方法计算结果相符,其有效性和正确性得到相互验证.     

Theory and comparison of the effect of composite and shape memory alloy stiffeners on stability of composite shells and plates

The effects of composite and shape memory alloy stiffeners on stability of composite cylindrical shells and rectangular plates subjected to a compressive load are compared. The governing equations for reinforced cylindrical shells are developed based on the Love first approximation theory and smeared stiffeners technique. It is shown that composite stiffeners are more efficient in cylindrical shells, while shape memory alloy stiffeners may be preferable in plates or in long shallow shells. It is also proven that shape memory alloy stiffeners increase the upper and lower buckling loads, i.e. the linear buckling load and the minimum postbuckling load-carrying capacity of cylindrical shells modeled as single-degree-of-freedom systems by the same amount.     

制冷线性压缩机弹簧组件的设计与研究

为减小弹簧组件体积并满足制冷线性压缩机的刚度需求,设计出一种基于阿基米德螺线的圆柱臂盘簧。采用有限元分析方法对涡旋臂板弹簧和新型圆柱臂盘簧的径向与轴向的刚度变化、应力变化特性和等效质量进行了分析对比,对两种弹簧的轴向刚度特性进行了实验验证,并将新型圆柱臂盘簧用于弹簧组件。研究结果表明,圆柱臂盘簧具有较大的径向刚度和轴向刚度,且动态刚度恒定,改进后的弹簧组在提供较大轴向刚度的同时有效减小了弹簧组的体积和质量。     

SLS烧结参数对原型精度影响的正交试验分析

通过对轴对称圆柱孔等典型几何形状的烧结成型,研究了SLS中激光功率、加热温度以及切片厚度这三个烧结参数对圆柱孔形位公差以及直径和圆柱度的误差的影响。采用正交试验方法,在两种不同的切片方式下,分析了各种误差产生的主要原因,以及获得较高原型精度的工艺参数值。     

Design and optimization of coil structure based on the uniformity of core temperature field

Coil structure size parameters during electromagnetic induction heating affect the temperature field and heating rate of a carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) shell. In this study, a finite element analysis model is established on the basis of a single-screw coil structure, and the influence of coil diameter, length, turns, and position relationship on the temperature field distribution and heating rate of the CFRP shell is studied. According to image entropy theory, the influence of coil structure size parameters on the uniformity of a temperature field distribution is analyzed. Furthermore, the accuracy of the coil structure size parameters with respect to temperature field variation is verified with a CFRP induction heating experiment. This study provides theoretical support and a verification method for the selection, design, and optimization of the coil structure size parameters of CFRP shells during induction heating.