基于平衡电磁技术的钢板表面裂纹深度检测方法

针对钢板表面横纵两方向裂纹深度的检测问题，提出了基于平衡电磁技术的检测方法。通过电磁场分析建立了平衡电磁技术检测横纵裂纹的感应电压模型，并理论分析了检测电压的变化趋势；采用有限元方式分析了平衡电磁技术检测电压与裂纹深度的具体变化规律。通过设计等间距采样的平衡电磁技术检测平台，对钢板表面1～6 mm深的横纵向裂纹进行检测能力验证实验。结果表明：随着横纵向裂纹深度的增加，检测电压幅值线性增大；相同深度的横向裂纹检测电压幅值约为纵向裂纹检测幅值的2倍；该方法具备对钢板表面横纵向裂纹深度定量检测的能力。     

矩形线圈钢丝绳捻距涡流检测研究

捻距不均匀会造成钢丝绳提前报废,对捻距进行检测可以为其生产工艺的改进提供设计依据,提升钢丝绳的安全使用性能。针对传统捻距检测无法对运动中钢丝绳进行实时检测,机器视觉检测对外界光照和钢丝绳表面清洁度要求高等问题,提出用涡流法对钢丝绳捻距进行检测。为扩大细长钢丝绳结构表面磁场的覆盖面积,利用矩形线圈组成的差分电桥进行检测。对钢丝绳捻距双矩形差分电桥涡流检测进行有限元分析,差分电压实部变化曲线中相邻波峰或者波谷的间距为钢丝绳的股间隙,一个捻距扫描范围内出现的波峰和波谷数量与钢丝绳的股数相对应。矩形线圈上、下边电流元感应的涡流会在钢丝绳表面对消,对消效应越小,钢丝绳捻距检测灵敏度越高。为提取试验中的有用信号,利用集合经验模态分解对扫描信号进行后处理。当相关系数较大时,相邻波峰或波谷的间距为钢丝绳捻距。当相关系数较小时,一个捻距内的波峰或波谷数与有限元分析结果吻合。涡流法得到的捻距与理论捻距的最大相对误差为2.38%。     

金属管道裂纹的磁记忆检测研究

提出采用裂纹区的应力场和应力-磁场理论来解释磁记忆检测原理,并通过采用磁偶极子模型来实现裂纹长度的定量化研究;对各种不同管道裂纹进行磁记忆检测,再对其磁记忆信号特征进行分析、研究。检测分析结果表明:裂纹尖端处应力集中且磁场出现最大值,磁场强度的法向分量也达最大值;而在裂纹中部附近,磁场强度的切向分量出现最大值,法向分量具有过零点特征。裂纹长度与磁记忆切向分量信号梯度峰值之间的距离和法向分量信号的波峰和波谷之间的距离近似成正比例关系。根据这一现象,给出了一个具有较好计算精度的确定裂纹长度的计算表达式,并用实验结果进行了验证。     

基于双轴 TMR 电磁传感器的裂纹检测方法研究

针对单一激励交流电磁探头检测任意方向裂纹容易出现漏检问题,设计了用于检测奥氏体不锈钢表面斜裂纹的新型双激励传感器,建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测仿真模型,开发了基于新型双激励传感器和高分辨率隧道效应磁阻传感器的金属平板表面裂纹检测系统。基于理论模型和试验系统研究了试件上裂纹走向和裂纹宽度对传感器拾取到磁场分量幅值的影响规律,研究了裂纹检测与方向判定方法。仿真和实验结果表明,利用磁场分量B_x、B_y畸变特征能够以相同的灵敏度检测出试件表面尺寸为15 mm×0.2 mm、深度大于3 mm的微小裂纹,并实现裂纹方向判定。引入宽度补偿参数后减小了横向、纵向裂纹判定误差,判定误差最大为3.9°。     

基于TOFD周向扫查的厚壁管道倾斜裂纹精准定量

利用超声衍射时差法(TOFD)对厚壁管道实施周向扫查时,曲率表面与直通波路径不重合,引起倾斜裂纹长度和角度定量误差。为实现深层裂纹检测,提高探头中心距(PCS)进一步增加检测误差。考虑管道外壁曲率半径、PCS与裂纹端点深度之间的几何关系,开展厚壁管道倾斜裂纹精准定量研究。推导厚壁管道TOFD检测周向扫查时,裂纹长度和倾斜角度定量公式,并对比优化前后检测误差。仿真研究表明,对壁厚30.0 mm,外壁曲率半径148.0 mm的碳钢管道内,长度4.0 mm,倾斜角度10°～50°的裂纹实施检测时,长度和倾斜角度定量误差分别下降可达0.10 mm和1.58°。实验针对碳钢管道试块中长度4.0 mm,倾斜角度30°的裂纹,长度和倾斜角度定量误差从0.30 mm和2.74°,降低至0.27 mm和0.28°。所述方法可适用于不同曲率管道内部倾斜裂纹定量检测,应用范围较广。     

不锈钢表面裂纹方向电磁检测方法

针对传统交流电磁场检测表面不定方向裂纹容易出现漏检的问题,研究了旋转磁场下感应电流方向、裂纹方向变化对平板表面裂纹检测幅值的影响,推导了裂纹走向角度与平面磁场分量波谷幅值的关系表达式,从检测机理角度提出了裂纹方向判定方法及影响因素.建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测有限元仿真模型,开发了基于双U形激励和高分辨率隧...     

管道平衡电磁内检测技术串联谐振激励电路研究

针对平衡电磁技术对管道内表面周向、轴向裂纹缺陷检测的灵敏度问题,提出采用串联谐振激励电路增大激励电流,提升检测灵敏度的方法.利用电磁场理论分析了平衡电磁技术激励电流对检测信号的影响,以有限元仿真的方式计算了不同激励电流下检测信号的曲线与幅值,研究了串联谐振电路减小激励线圈阻抗,增加激励电流的机理,设计了基于串联谐振的激...     

涡流阵列检测裂纹特征提取方法的研究

涡流阵列检测是一种可以对大面积平板和复杂形状关键件实施快速、有效检测的电磁无损检测技术.在简要阐述涡流阵列检测技术原理的基础上,设计制作了涡流阵列检测平台和涡流阵列传感器.基于涡流阵列6种激励检测模式,提出了裂纹长度和深度定量检测的方法.研究结果表明:裂纹长度可通过小波变换提取锁定放大输出幅值波形的特征点如波峰、波谷、拐点等的位置准确计算,裂纹深度可通过弹性BP神经网络对输出幅值波形波峰峰值的训练来较为准确地估计.     

含横向裂纹管道固有频率的变化规律研究

基于应变能释放原理和线性断裂力学原理,推导了裂纹尖端方向与管道轴线方向成任意角度的横向裂纹的等效刚度的计算方程,得到了裂纹与管道固有频率的定量关系。进而研究了不同裂纹位置、深度和角度工况下结构的前3阶固有频率变化规律;通过对含裂纹管道进行实验,验证了含横向裂纹管道固有频率计算方法的有效性。     

基于外穿式交流电磁场检测的钻杆轴向裂纹在役检测技术研究

钻杆是钻井过程中易受破坏的关键部件,在其服役过程中进行检测,对于减少钻具失效事故具有重要意义。针对钻杆在役检测的特点,提出一种新型外穿式交流电磁场检测方法,建立针对钻杆外表面轴向裂纹的外穿式交流电磁场检测有限元仿真模型,分析钻杆表面感应电磁场分布以及裂纹引起的电磁场畸变信号与裂纹尺寸关系,在此基础上提取裂纹识别特征信号,基于仿真模型分析激励线圈提离高度影响,设计开发井口钻杆外表面轴向裂纹在役检测系统,并进行试验测试,仿真和试验结果表明:外穿式交流电磁场检测探头所提取的钻杆轴向裂纹特征信号Bx和Bz分别反映裂纹深度和长度,具有定量识别能力;激励线圈提离高度可满足在役检测需要;外穿式交流电磁场检测系统利用周向阵列检测线圈可有效检测钻杆表面轴向裂纹。     

Ⅰ、Ⅱ型及复合型裂纹动态应力强度因子的有限元分析

对含有预制裂纹的中心穿透裂纹板和三点弯曲试样在动态载荷作用下进行了有限元模拟。前者裂纹面与载荷作用方向的夹角取15°~90°之间的6种情况,后者按纯Ⅰ型和纯Ⅱ型两种方式进行加载。得到了Ⅰ型和Ⅱ型动态应力强度因子的时间历程,并研究不同裂纹角对动态复合比的影响。结果表明:中心穿透裂纹板试样在15°和90°两种情况下KⅡ(t)和KⅠ(t)分别占主导成分;45°时KⅠ(t)和KⅡ(t)基本相同;随着裂纹面与载荷夹角的增加KⅠ(t)呈增加趋势而KⅡ(t)呈先增加后减小趋势。三点弯曲试样按纯Ⅰ型加载时KⅡ(t)基本为零,按纯Ⅱ型加载时KⅠ(t)幅值随时间而增加。     

埋头紧固件椭圆形表面裂纹应力强度因子的三维有限元分析

采用裂端为 2 0节点奇异单元的三维有限元模型 ,对工程中常见的 90°、10 0°、12 0°埋头紧固件埋头部分与直杆部分相交处的表面裂纹 ,以及直圆杆表面裂纹的应力强度因子进行了计算分析。给出了圆直杆以及 90°、10 0°、12 0°埋头紧固件椭圆形表面裂纹的应力强度因子拟合公式。研究结果表明 ,本文的应力强度因子计算方法和计算结果是有效的。本文的工作可为埋头紧固件的损伤容限分析提供应力强度因子。     

喷丸强化因素对钛合金固体粒子冲蚀抗力的影响

探讨了喷丸强化(SP)因素(残余压应力引入、表面粗糙度增大和表面加工硬化等)对Ti6Al4V钛合金固体粒子冲蚀(SPE)行为的影响和作用机制,为充分发挥SP改进航空发动机零部件服役性能的潜力提供依据。结果表明:Ti6Al4V合金表面直接喷丸处理,其SPE抗力无明显改变;SP处理后进行表面抛光,Ti6Al4V合金SPE抗力明显增加。SP造成的表面粗糙度增大导致了钛合金在大小冲击攻角下的SPE抗力的下降;SP引入的表面残余压应力对提高钛合金在90°大攻角下的SPE抗力起了重要作用,原因是SP残余压应力增加了裂纹闭合力和抑制了疲劳裂纹早期扩展;SP引起的表面加工硬化作用对提高钛合金在30°小攻角下的SPE抗力有重要贡献,这归于加工硬化提高了材料表面在小攻角下的微犁削抗力。     

大型结构体裂缝检测中的定位方法

为了提高大型结构体表面裂缝检测的效率,提出了一种基于图像处理技术和坐标映射相结合的定位方法。该方法首先在序列图像中抽取清晰度最高的一帧,应用Retinex算法对光照引起的亮度不均进行补偿。然后将提取的标志点图像坐标映射到观测坐标系下,根据标志点的观测坐标和世界坐标计算两坐标系间的映射关系。再根据形态学图像处理中的凸壳、像素化、细化算法提取裂缝的图像坐标;如果观测新裂缝,则将裂缝图像坐标映射到世界坐标系下;如果观测历史裂缝,则将该条裂缝的世界坐标映射到当前观测坐标系下,并计算该条历史裂缝当前的观测角度,从而实现裂缝的空间定位。经实验证明,该方法高效、准确、便捷,16 s内可实现自动定位,且偏差不大于0.07°。     

平衡电磁检测技术同步数据采集控制系统研究

针对平衡电磁检测技术对铁磁构件表面纵向裂纹缺陷的长度、横向裂纹缺陷的宽度量化检测问题,提出平衡电磁检测技术传感器移动与数据采集同步的方法.分析了平衡电磁检测技术对铁磁构件表面纵向裂纹缺陷长度、横向裂纹缺陷宽度的检测原理,研究了基于FP GA的平衡电磁检测技术同步数据采集控制系统,搭建了三轴检测机械平台,完成了信号处理电...     

Thermal characteristics of louvered fins with a low-reynolds number flow

A heat recovery system is crucial for the effective use of energy where heat rejection from production processes is unavoidable and must be reused. The response of the louvered fins to the low-Reynolds number hot gas is yet to be reported in the literature for the application of a heat exchanger on low-speed hot plume arising from heat sources in production processes. This study focuses on the effects of the louvered fin heat exchanger’s design parameters, which include the louver pitch and louver angle, on the convective heat transfer, which defines the thermal interaction between the hot, buoyant, naturally-induced air and the louvered fins. The resulting Colburn factors (j) are compared with those derived under forced convection with a similar range of low Reynolds number (233 to 1024). All experiments are done on a 15:1 scaled-up model. The fin aspect ratios between the fin spacing and louver pitch are set at 0.75, 1, and 1.5, while the louver angles are set at 18°, 23°, 30°, 35°, and 40°. The Colburn factor strongly depends on the louver angle, especially at the lower range of the Reynolds number. The decreasing aspect ratio induces more hot buoyant air into the louver-formed channels, increasing the heat transfer rate. When the fin angle increases towards 30°, a larger Colburn factor is produced. However, the heat transfer characteristic drops as the angle goes beyond 30°. The highest j for the low speed flow is attained when the louver angle is 30° and the fin aspect ratio is 1.     

利用复合激励的无盲点管道裂纹漏磁检测新方法

管道是石油和天然气工业的重要组成部分,而轴向裂纹是管道安全运营的重要隐患。传统的漏磁检测技术(MFL)对管道中轴向裂纹的检测灵敏度不高,从而形成检测盲区。本文提出了一种利用复合激励的MFL检测新方法,可实现对轴向和周向缺陷的同步检测。首先,利用U型磁轭对管壁进行交直流复合磁化;直流磁化场直接作用于周向裂纹并形成有效的MFL检测信号,而交流磁化场则在管壁内形成垂直于磁化方向的均匀涡流场;当该涡流场受到轴向裂纹干扰时,将形成二次感生磁场的扰动,因此,新方法通过对管壁表面的漏磁场及二次感生磁场检测,同时获得周向和轴向两个方向的探测能力;最后开展仿真和实验,并分析了新方法中作用于轴向和周向裂纹的磁化场、涡流场和二次感生磁场的分布。结果表明,新方法只需通过一次扫描,即可以获得缺陷的轴向和周向特征,实现了对裂纹的无盲点检测。     

Experimental study of the effect of tool orientation in five-axis micro-milling of brass using ball-end mills

The effect of tool orientation on the final surface geometry and quality in five-axis micro-milling of brass using ball-end mills is investigated. Straight grooves with a semicircular cross section are cut with different tool inclination and tilt angles, and the resulting surfaces are characterized using an optical profilometer and microscope. Micro-milling cutting forces are recorded synchronously with spindle electric current and cutting motions in order to investigate the correlation between the tool orientation and the achieved surface quality. Results of various cutting experiments and analysis of the final surface geometry show that varying the tool orientation reduces rubbing of the material at the bottom of the grooves, which often occurs in ball-end milling of brass, and improves the final surface quality. The experimental analysis for surface roughness shows that applying a tool inclination angle of 15° can considerably improve the surface roughness at the bottom of the grooves. Analysis of static and averaged peak-to-valley (P-to-V) values of the cutting forces show that the static cutting force values are reduced by half when the tool inclination was increased from 0 to 15°. P-to-V cutting force values in along-the-feed direction were also decreased in the inclined machining.