收藏本站
《河北工业大学》 2016年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电磁激励下金属板裂纹缺陷的高频响应机制研究

蔡智超  
【摘要】:开展高质量、新型无损检测技术的探索工作对提高金属构件的缺陷检测效率、保证设备健康稳定运行有很强的实际意义。其中电磁应力波检测技术因具有无需耦合剂、极端环境适应性强、检测效率高等优势,受到了广泛的关注。然而,在电磁应力波检测技术中,除线性电磁超声检测有较多的研究之外,而有关电磁声发射检测和非线性电磁超声检测的研究却较少,有些关键问题尚不清楚,从而限制了该技术的推广应用。本文进行了用于铝合金裂纹的电磁应力波检测技术的研究,提出了基于线性电磁超声、电磁声发射、非线性电磁超声检测方法对不同尺度裂纹的检测方案,旨在为该技术的工程应用和推广奠定理论基础。本文主要研究工作如下:(1)电磁超声对宏观裂纹检测问题的研究:在电磁超声原理基础上,将超声点源解析与电磁-结构完整换能过程的有限元仿真相联立,而后对参数化电磁超声换能器体波特征进行分析,进而分析超声体波对体内孔洞缺陷的探测、超声表面波对表面开口裂纹检测的能力。研究结果表明,电磁超声体波、表面波对于宏观裂纹的尺寸、位置、数量等特征均具有很好的检测效果。(2)对于电磁声发射的理论研究:本文从位错动力学及自由电子理论两个方面研究了电磁载荷产生声发射效应问题,构建了电磁加载声发射能量释放理论公式。对电磁声发射参数与电磁载荷之间的关系进行了研究,利用希尔伯特-黄变换方法处理电磁声发射信号特性。研究结果表明,电磁声发射的产生是漂移电子与位错之间的能量交换并推动位错运动的结果。(3)电磁声发射与电磁超声复合检测的研究:本文提出了电磁超声-电磁声发射复合检测方案,设计了相应的复合线圈、换能器静磁场和阻抗匹配,并分析了电磁超声-电磁声发射复合检测效率,实现了复合检测中两种检测方法的优势互补。研究结果表明,复合检测中电磁声发射模式可实现长距离声发射信号特征的传输。(4)非线性电磁超声检测方法研究:本文通过将非线性超声与电磁超声技术相结合,克服传统超声对微细裂纹以及金属构件早期塑性变形检测困难的问题。分析斜入射超声波与微细裂纹非线性效应作用情况,利用仿真、实验对微细裂纹、塑性变形的超声非线性效应进行分析。研究结果表明,非线性电磁超声具有对金属构件早期损伤检测的可行性。
【关键词】:电磁超声 电磁声发射 非线性电磁超声 裂纹检测
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG115.28
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-10
  • 第一章 绪论10-24
  • 1.1 课题背景及研究意义10-12
  • 1.2 电磁应力波检测技术的发展及国内外发展历程12-20
  • 1.2.1 对宏观裂纹检测的电磁超声技术研究12-16
  • 1.2.2 基于电致塑性效应的电磁声发射技术研究16-18
  • 1.2.3 非线性超声技术研究热点18-20
  • 1.3 本文主要研究内容20-24
  • 第二章 基于电磁超声的宏观缺陷检测研究24-62
  • 2.1 引言24
  • 2.2 电磁超声的换能机理24-29
  • 2.2.1 基于洛伦兹力机理的电磁超声基本方程24-26
  • 2.2.2 电磁超声磁-固耦合方程(发射机理)26-28
  • 2.2.3 电磁超声固-磁耦合方程(接收机理)28-29
  • 2.3 基于离散点源的电磁超声声场分析29-40
  • 2.3.1 电磁超声声场解析分析29-30
  • 2.3.2 电磁超声有限元建模流程30-31
  • 2.3.3 位移特性分析31-36
  • 2.3.4 声场特性分析36-40
  • 2.4 电磁超声体波缺陷检测分析40-46
  • 2.4.1 传播特性分析40-42
  • 2.4.2 声程分析42-46
  • 2.5 电磁超声表面波缺陷检测分析46-59
  • 2.5.1 电磁超声表面波解析分析46-48
  • 2.5.2 裂纹缺陷检测过程48-50
  • 2.5.3 裂纹特性检测50-59
  • 2.6 本章小结59-62
  • 第三章 基于电致塑性效应的电磁声发射机理研究62-92
  • 3.1 引言62
  • 3.2 基于位错动力学电磁声发射分析62-70
  • 3.2.1 位错运动理论概述62-64
  • 3.2.2 电激励缺陷的微观作用分析64-67
  • 3.2.3 电磁声发射位错理论分析67-70
  • 3.3 基于自由电子理论的电磁声发射分析70-79
  • 3.3.1 基于经典自由电子理论的电致塑性分析71-73
  • 3.3.2 基于量子自由电子理论的电致塑性分析73-75
  • 3.3.3 经典力学下电子受匀强磁场的作用分析75-79
  • 3.4 电磁声发射希尔伯特-黄变换理论79-83
  • 3.5 涡流式非接触加载下电磁声发射效应83-91
  • 3.5.1 实验设计83-86
  • 3.5.2 电磁声发射信号时频分析86-87
  • 3.5.3 水平磁场激励下裂纹指向性实验87-91
  • 3.6 本章小结91-92
  • 第四章 融合电磁声发射技术的电磁超声复合检测92-116
  • 4.1 引言92-94
  • 4.1.1 电磁声发射与电磁超声比较分析92
  • 4.1.2 复合式检测基本原理及相应关键问题分析92-94
  • 4.2 复合检测传感器的设计94-104
  • 4.2.1 线圈的设计理念95-98
  • 4.2.2 永磁体的设计及改进98-101
  • 4.2.3 线圈的结构分析101-104
  • 4.3 复合线圈的阻抗匹配104-107
  • 4.3.1 匹配网络参数的估算104-105
  • 4.3.2 匹配负载区域的分析105
  • 4.3.3 匹配网络实验105-107
  • 4.4 复合检测声发射信号特征分析107-114
  • 4.4.1 复合检测中电磁声发射检测仿真研究108-109
  • 4.4.2 声波仿真109-111
  • 4.4.3 复合检测中电磁声发射检测实验研究及信号分析111-114
  • 4.5 本章小结114-116
  • 第五章 基于非线性电磁超声的微细裂纹特性检测研究116-154
  • 5.1 引言116-117
  • 5.2 微细裂纹非线性超声检测方案117-124
  • 5.2.1 微细裂纹非线性响应的等效模型117-118
  • 5.2.2 斜注入超声波在微细裂纹界面的传播特性分析118-122
  • 5.2.3 超声波垂直注入界面谐波产生分析122-124
  • 5.3 非线性电磁超声仿真分析124-135
  • 5.3.1 微细裂纹边界条件的设定125-128
  • 5.3.2 微细裂纹在声波激励下响应机理128-131
  • 5.3.3 非线性电磁超声表面波微细裂纹检测特征131-135
  • 5.4 非线性电磁超声对裂纹的测量分析135-140
  • 5.4.1 微细裂纹的制备及非线性电磁超声检测系统的搭建135-138
  • 5.4.2 微细裂纹非线性电磁超声检测实验分析138-140
  • 5.5 拉伸载荷下铝合金塑性损伤的非线性电磁超声评价140-152
  • 5.5.1 塑性非线性电磁超声理论分析141-142
  • 5.5.2 塑性非线性电磁超声纵波仿真分析142-146
  • 5.5.3 非线性电磁超声检测塑性变形实验研究146-149
  • 5.5.4 非线性电磁超声检测塑性变形实验分析149-152
  • 5.6 本章小结152-154
  • 第六章 结论与展望154-156
  • 6.1 结论154
  • 6.2 创新点154-155
  • 6.3 进一步工作的设想155-156
  • 参考文献156-168
  • 攻读博士学位期间所取得的相关科研成果168-170
  • 致谢170

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 刘玉英,王文福,赵锡元,张承华;用超声技术测定油煤混合燃料的煤浓度[J];燃料化学学报;1981年04期
2 胡文容,王士芬,高廷耀,钱梦騄;超声强化O_3杀菌能力的实验研究[J];中国给水排水;1999年04期
3 沈锦仁;;YK型防爆超声液位报警控制系统装置的研制[J];江苏化工;1986年04期
4 舒杰;刘东红;江涛;李博斌;周建弟;谢广发;;黄酒超声陈化机理的研究[J];中国食品学报;2014年05期
5 陶媛,胡祺昊,王黎明,关志成;超声技术降解染料废水的实验研究[J];高电压技术;2002年S1期
6 韩萍芳;陈腊梅;姚成;欧阳平凯;;超声对蛋白质盐析作用的研究[J];应用声学;2006年02期
7 方瑞斌,赵逸云,高诚伟,陈俊;超声催化超临界流体重结晶研究[J];云南化工;1998年02期
8 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴纯西;王琦;刘俊;张寒冰;包梅芳;陆月华;何海波;杜建龙;;超声引导下颈内静脉穿刺置管术的临床体会[A];2009年西部麻醉学术论坛论文汇编[C];2009年
2 李恒岩;;线阵超声探头使用的七种手法[A];中国超声医学工程学会第八届全国腹部超声学术会议论文汇编[C];2010年
3 刘畅;云鹏;范宇潇;郭大同;丁立;;医疗超声探头的人因工程学设计[A];2011年空间生命与生命起源暨航天医学工程学术研讨会论文集[C];2011年
4 吴纯西;王琦;刘俊;张寒冰;包梅芳;陆月华;何海波;杜建龙;;超声引导下颈内静脉穿刺置管术的临床体会[A];2009年浙江省麻醉学学术会议论文汇编[C];2009年
5 丁明跃;安然;邹丹霞;;三维超声探头控制系统研究与设计[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(3)[C];2009年
6 宋健宁;;从大影像看超声技术的发展[A];全国医学影像技术学术会议(CMIT-2004)论文汇编[C];2004年
7 张卫兴;王爱忠;;超声引导下腋路臂丛神经阻滞的临床研究[A];庆祝中国超声诊断50年暨第十届全国超声医学学术会议论文汇编[C];2008年
8 黄凯;他得安;王威琪;;超声背散射信号频谱与骨微结构的相关性研究[A];2009年度全国物理声学会议论文集[C];2009年
9 马秀梓;张化鹏;孙润广;;超声对人白血病K562细胞存活率影响的实验研究[A];2012'中国西部声学学术交流会论文集(Ⅱ)[C];2012年
10 马龙举;曹汉华;许艳丹;黄同庆;徐静静;马金强;;超声引导下深静脉血透导管置入术的临床应用[A];2012年浙江省肾脏病学术年会论文集[C];2012年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 陆春华;新超声探头监控宇航员视力损伤[N];科技日报;2012年
2 解放军总医院超声科 董宝玮;超声已是今非昔比[N];健康报;2001年
3 本报编辑 温雅歆 黄凯 由己;规范超声医学应用应提速[N];中国医药报;2006年
4 江西 高福光;迈瑞M5彩色多谱勒B超仪无图像故障检修一例[N];电子报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 孟昭辉;超声—臭氧溶胞回流AAO工艺效能强化及剩余污泥产氢[D];哈尔滨工业大学;2014年
2 蔡智超;电磁激励下金属板裂纹缺陷的高频响应机制研究[D];河北工业大学;2016年
3 吕发勤;超声评价上腔静脉阻塞价值的实验及临床应用研究[D];第四军医大学;2004年
4 杜宏伟;生物医学超声中若干非线性问题的研究[D];中国科学技术大学;2007年
5 朱颖;生物组织黏弹性信息的超声定量测量方法研究[D];深圳大学;2015年
6 任新颖;肿瘤热疗中组织温度场测量方法及关键技术研究[D];北京工业大学;2008年
7 石建军;超声电化学合成纳米复合材料及其分析应用[D];南京大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高海滔;无线便携式三维超声成像系统的研究[D];华南理工大学;2015年
2 张伟;超声对金黄色葡萄球菌生物膜的体外研究[D];川北医学院;2015年
3 韩俊马;超声和激光结合的实时在线测流技术研究[D];南京理工大学;2015年
4 肖磊;彩色超声多普勒血流成像关键技术的研究[D];西南科技大学;2015年
5 李如阳;接触式超声在机自动测厚系统设计[D];大连理工大学;2015年
6 王晨光;电磁超声移动扫描装置的研究[D];河北工业大学;2015年
7 胡明良;基于CAE技术的超声探头外壳注塑模具设计[D];成都理工大学;2015年
8 胡尚英;MRI在超声消融腹壁子宫内膜异位症中的临床应用评价[D];重庆医科大学;2015年
9 程东群;超声下外侧入路星状神经节阻滞图像、效果、及并发症探讨[D];苏州大学;2016年
10 何梅洪;基于超声的复合材料构件疲劳损伤检测与评价研究[D];天津工业大学;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026