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脉冲法测量残余应力的新装置

王宗罡  
【摘要】:铁磁性材料在国民经济建设中大量使用,是主要的建设和生产材料,铁磁性材料质量的好与坏直接关系着国家经济的发展,甚至关系到人民财产和人身安全等诸多实际问题。而对铁磁性材料内部受力的监测问题研究就显得尤为重要。 近些年来对铁磁性材料残余应力的测量发展迅速,有多达十几种的测量方法,总的来说分为有损检测和无损检测,顾名思义有损测量是先要对铁磁性材料破坏,然后检测残余应力。这种方法最原始,但是有很大的局限性,因为我们不能为了测量残余应力,对好的铁磁性材料造成破坏,这反而起了坏的作用。所以我们对无损检测的研究加大了力度,世界范围内也一直密切关注无损检测的发展。 无损检测是利用材料内部结构的变化或者产生缺陷引起电、磁、光、热等信号的变化,来测量被测式样的内部特征和缺陷,进而评价材料目前的使用状态。随着科技尤其是计算机技术的发展,无损检测已经成为对工业生产中材料质量监测和保证的重要方法。本文研究的测量方法正是无损检测的一种方法,该方法与传统的X射线衍射法、巴克豪森效应法和磁记忆法相比,能够测量机械构件表层以下的应力分布,并且重复性强,便携性好。 本分研究的新设备主要分为两个系统,一个是硬件系统,一个是软件系统。硬件系统主要是脉冲磁场发射箱,软件系统是基于Labview的信号采集系统。在研究脉冲磁场产生原理和本方案的可操作性后,我们首先做了很多次试验来获取脉冲磁场,最后确定用绝缘栅双极性功率管(IGBT)、大电容、激励线圈和大功率阻尼电阻组成脉冲磁场发生装置。我们利用大电容对低阻的激励线圈放电产生脉冲强磁场,应用电力电子器IGBT件作为开关,控制不同的IGBT顺序打开和关断,进而控制放电顺序,达到正负两个方向分别对激励线圈放电,产生正负两个方向的脉冲强磁场。再利用高速数据采集卡采集相关信号,利用Labview软件平台处理采集信号,在显示界面获取完整的磁滞回线。 获取的磁滞回线与铁磁性材料内部结构受应力的变化有直接关系,材料受应力的不同会引起磁滞回线的变化,这样我们就建立了构件内应力与材料磁信号之间的关系,达到了无损测量的目的,并且该套设备的重复性强,便携性好,可以实时测量构件的应力变化,具有很好的应用前景。


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