基于磁记忆技术的疲劳损伤监测

通过中碳钢缺口退磁试件的拉-拉疲劳实验,利用磁记忆检测仪研究不同循环次数下试件应力集中区的离线磁信号变化特征.结果表明:试件加载前在缺口部位由于几何形状形成漏磁场而产生一异常波,加载后异常波可能产生反向;当循环加载到一定次数后,磁信号曲线趋于稳定;而到最后阶段,缺口部位的异常波波幅不断增加,到断裂时产生激变.通过消除钢...     

循环应力对磁记忆效应影响的试验研究

为揭示循环应力对磁记忆效应影响的宏微观机制,基于拉-拉疲劳试验,采用TSC-2M-8应力集中磁检测仪研究了低碳钢缺口试件在不同循环周次下的磁记忆信号变化,提取了切向磁信号的多尺度模糊熵特征信息。基于粉纹法,采用自配的Fe_3O_4磁流体对试件表面固定区域进行了磁畴原位观察,得到不同疲劳周次下的磁畴形貌。研究结果表明:宏观磁信号将整个疲劳过程划分为早期的快速变化、中间阶段的趋于稳定、后期的迅速增大等三个阶段,利用多尺度模糊熵指标可以实现疲劳损伤的定量评价;试件在未受循环应力作用时表面的磁畴结构排列无序,加载后随疲劳循环的进行大部分磁畴形貌发生变化;试件表面漏磁场是循环应力引起内部磁畴结构变化的外在反映,二者具有一致性。     

铁磁试件缺口种类对磁记忆信号的影响研究

为研究铁磁试件不同缺口对磁记忆信号的影响,利用ANSYS有限元仿真软件,结合力磁耦合模型,在拉应力和地磁场的共同作用下对3种不同缺口的20#钢板进行仿真,分别提取磁记忆信号切向分量和法向分量。仿真结果表明：在地磁场作用下,随着拉应力的增大,3种试件在各自缺口处均出现应力集中现象,在拉应力大于120 MPa后应力集中现象愈发明显。受到同样大小的拉应力时,V形缺口试件倾向于裂纹的扩展,而U形缺口试件倾向于裂纹的形成,U形缺口的应力集中范围更大,因此双关联缺口试件在U形缺口处更易断裂。双关联缺口试件磁记忆信号法向分量约为检测路径上两个缺口处磁记忆信号值的叠加之和,故试件被近似磁化成一个磁铁。双关联缺口试件检测路径中间点的磁记忆信号切向分量并没有极值,因此用其判断双关联缺口试件的应力集中区不再适用。缺口试件在弹性阶段,磁记忆信号随拉应力变化幅度较小;缺口试件在塑性阶段,磁记忆信号值随拉应力变化幅度较大。因此可以利用试件弹、塑性阶段磁记忆信号变化,对工程试件的缺陷损伤进行早期识别。     

基于磁记忆方法的抽油杆裂纹扩展监测

基于拉-拉疲劳实验,利用磁记忆检测仪监测了抽油杆试件疲劳裂纹扩展的整个过程,提取了表征应力集中程度的磁信号合成梯度极限状态系数指标;并结合有限元方法计算了裂纹尖端的断裂力学参量,得到不同裂纹长度所对应的应力强度因子。结果表明:基于实验数据和仿真结果所建立的磁记忆信号特征指标与应力强度因子之间具有很好的一致性,可以有效反映疲劳裂纹的扩展过程以及累积损伤,为再制造前的毛坯筛选提供理论依据。     

不同应力集中系数下磁记忆信号影响因素研究

以45CrNiMoVA钢为实验材料,加工不同应力集中系数的试件进行拉拉疲劳实验,采用磁记忆检测仪检测不同载荷及疲劳周次时试件不同位置的磁记忆信号.结果表明:载荷及疲劳周次的增加,均会使磁曲线顺时针转动,且载荷的影响明显强于疲劳周次;不同位置磁记忆信号特征不同.出现疲劳裂纹后,在一定范围内异变峰峰值显著增大.     

再制造抽油杆疲劳寿命评估的磁记忆检测实验研究

废旧零部件寿命评估一直是再制造工程的技术难点之一。通过对预制沟槽抽油杆试件的拉-拉疲劳实验,利用磁记忆检测仪在线测量试件表面在不同循环次数下的磁记忆信号,研究抽油杆疲劳损伤演化的切向幅值和法向峰峰值变化规律。通过引入李萨如图,表明随着循环的进行所围成的面积由变大到最大后又逐步减小,而非闭合图形面积达到最大时正好对应着宏观裂纹即将发生失稳扩展的临界状态。在此基础上,提出切向法向合成磁场梯度最大值作为预测疲劳寿命的指标,结果表明该特征参数与疲劳循环发展的不同阶段相对应,基于高斯函数拟合建立了其与归一化寿命之间的定量关系模型,可用于抽油杆的疲劳寿命预测。     

金属磁记忆检测技术定量评估构件疲劳损伤研究

对18CrNi4A钢缺口试件在三级应力水平下进行疲劳试验和磁记忆信号检测,研究金属磁记忆信号在疲劳过程中的变化规律和磁记忆检测技术对构件疲劳损伤的定量估评.结果表明:在稳定循环阶段,磁信号随疲劳循环周次增加无显著改变,疲劳裂纹萌生后,磁信号逐渐增加,并在断裂后发生激变;磁信号特征参量Kmax,Hp(y)max,Hp(y)min和Hp(y)sub值与应力水平和疲劳损伤程度存在强烈的相关性,特征参量绝对值随应力水平或疲劳损伤程度的增加而逐渐增加;磁信号特征参量Kmax平均值法可较准确地定量评估构件疲劳损伤,该方法判据为:当m(m=Kmax/KAVmax)＞1,试件存在严重的疲劳损伤.     

外加磁场对Q235钢力磁效应影响试验研究

为研究外加磁场对铁磁材料力磁效应的影响,制作通不同大小直流电的螺旋管作为外加磁场,对带有圆孔缺陷的Q235钢试件进行干扰的静载拉伸试验。结果表明:在地磁场环境中,经去应力退火的试件在没有施加载荷时,初始磁感应强度值趋近于0,磁记忆信号曲线近似水平直线;在施加载荷时,法向磁信号和切向磁信号曲线均发生波动,产生非线性变化;在一定外加磁场范围内,在外加磁场方向和地磁场方向存在差异时,外加磁场与磁记忆信号具有不同的相关性,同向外加磁场越大时,应力集中区磁记忆信号愈加明显;外加磁场的大小不改变其法向和切向磁记忆信号曲线变化规律,但影响其磁感应强度B值和斜率K值的大小,并且对在弹性阶段和塑性阶段法向和切向磁记忆信号的影响也存在差异性。     

基于磁记忆的受弯钢梁力-磁效应试验

建筑钢结构磁记忆检测技术的关键问题是确定磁记忆信号与内应力之间的关系。由于应力与应变是一一对应关系,故本文通过研究磁记忆信号与应变的关系,得到其与应力之间的关系。分析表明:钢梁下翼缘表面法向漏磁场强度与拉应变有着一定的关系,不论是处于弹性阶段,还是塑性阶段,磁记忆信号曲线变化与其应变变化趋势表现一致,磁记忆信号曲线可以反映应变的变化状态。钢梁腹板表面磁记忆信号与其水平压应力之间呈线性关系,无明显的拐点;但不同钢梁试件在相同应变下磁记忆信号强度存在差值,目前仅能作出定性评判。     

不同初始磁状态U75V钢变形阶段的磁记忆参数表征

通过对经退磁处理和未消磁的U75V钢光滑试件进行静载拉伸试验研究了初始磁状态对试件表面磁信号的影响。结果表明:消磁试件长度范围内的表面磁场在弹性阶段呈现很好的线性分布。进入塑性后,切向磁场出现局部弯曲。利用切向磁场均值和法向磁场斜率变化可以区分弹塑性阶段以及确定弹性阶段的应力幅值;未消磁试件随着载荷增加其表面磁场波动幅度减小,由初始无规律分布逐渐转向磁有序状态。利用未消磁试件长度范围外的磁记忆信号曲线的磁场均值及斜率变化可以有效表征不同的变形阶段。     

铁磁构件疲劳损伤的磁记忆效应

研究铁磁构件在疲劳载荷作用下的磁记忆效应,探索磁记忆检测技术检测受疲劳载荷作用的铁磁构件的检测机理,对于磁记忆检测技术应用到实际工业检测中具有重要意义。通过在疲劳试验机上对中碳钢试样进行拉伸疲劳试验,并用金属磁记忆检测仪检测加载过程中试样的磁记忆信号的变化和分布,总结分析了疲劳破坏过程中磁记忆信号的变化和分布特征,并且从铁磁学的角度对其进行机理分析和解释。     

基于频谱编辑和调制信号双谱的齿轮裂纹故障诊断

齿轮产生裂纹故障时,其振动信号中的周期性故障冲击成分易被其他旋转部件的谐波信号以及背景噪声淹没,导致故障特征难以提取.针对这一问题,首先用改进的频谱编辑方法对原始信号中谐波分量进行抑制,提高信噪比;然后对编辑后的信号进行双谱分析,采用相邻切片融合平均的方法对双谱进行降噪,从降噪后双谱中选取故障特征频率明显的切片进行组合...     

谐波窗方法及其在裂纹故障识别中的应用

分析了谐波小波的优点。在研究谐波小波的频段分解的基础上，提出了不分层分析的谐波窗方法。推导了谐波窗的频段分析表达式，并给出了实现过程。该方法显示了小波分析的窗口伸缩功能．但避免了在基于二进的小波变换过程中，由于隔点采样导致的信息丢失现象。利用该方法对3个数字信号进行分析，体现了该方法对近频信号和微弱瞬态信号的识别能力，也体现了该方法对淹没在强噪声中微弱周期信号的提取能力。利用该方法，对某汽车齿轮箱的裂纹故障产生的原因进行振动信号的频域识别，得到了满意结果。     

Analysis of Barkhausen noise using wavelet-based fractal signal processing for fatigue crack detection

The paper presents new approach to Barkhausen noise signal processing for detection of fatigue crack. Barkhausen noise signal from mild steel samples under axial fatigue is investigated using fractal signal processing, particularly wavelet variance method. Based on repeatability analysis new algorithm is developed and applied to acquired signals. The influence of fatigue on fractal characteristics of Barkhausen noise is analyzed. Signal analysis reveals significant and repeatable changes in wavelet variance, spectral parameter and estimated Hurst exponent just after crack initiation. The results demonstrate high potential of fractal analysis of Surface Barkhausen noise applied to fatigue crack initiation detection.     

基于气动信号小波分解的风机叶片裂纹扩展特征分析

叶片裂纹和断裂是风机中普遍存在的一种严重安全隐患,尽早检测出裂纹对于风机安全运行具有重要意义。对采集的无裂纹和具有不同长度裂纹叶片的气动信号分别进行小波分解,并对分解系数进行重构,获取各频带归一化能量作为特征向量进行分析。结果证明:随着叶片裂纹的扩展,气动信号频率向低频和高频拓展。这为叶片裂纹故障的识别提供依据。     

A537钢疲劳裂纹扩展单次拉伸超载效应及裂尖形变,裂纹闭合行为

研究了恒定ΔＫ条件下，单次拉伸超载对Ａ５３７钢疲劳裂纹扩展速率的影响，并利用激光散斑技术原位研究超载前后的裂尖应变场，裂纹闭合效应。结果表明：超载后裂纹闭合效应呈增强趋势，裂尖应变呈下降趋势。伸超载有阻滞裂纹扩展的作用。     

Experimental study of I + III mixed mode fatigue crack transformation propagation

In this paper, compact tension specimens with tilted cracks under monotonic fatigue loading were tested to investigate I + III mixed mode fatigue crack propagation in the material of No. 45 steel with the emphasis on the mode transformation process. It is found that with the crack growth, I + III mixed mode changes to Mode I. Crack mode transformation is governed by the Mode III component and the transformation rate is a function of the relative magnitude of the Mode III stress intensity factor. However, even in the process of the crack mode transformation the fatigue crack propagation is controlled by the Mode I deformation.     

Experimental investigation of crack growth direction in multiple cracks

In this paper, the interaction between multiple cracks in crack growth direction is studied in an aluminium alloy under static and fatigue loading. Self similar as well as non‐self‐similar crack growth has been observed which depends on the relative crack positions defined by crack offset distance and crack tip distance. On the basis of experimental observations, the criterion for crack coalescence and crack growth direction are expressed in terms of the crack positions defined by crack offset and crack tip distances. The criterion presented in this study can be used to determine the limiting value of crack tip and crack offset distance and to determine the mode in which cracks coalesce during their growth process. Experimental results and crack interaction criterion presented under various crack positions and size conditions could be used to derive a new evaluation method of crack growth in multiple crack geometry.