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基于磁记忆技术的铁磁性材料旋转弯曲疲劳损伤诊断研究

徐明秀  
【摘要】: 铁磁材料广泛用于大型设备的重要部件,这些部件在长期运行中会因为疲劳损伤产生突然破坏,造成灾难性的后果。因此,对铁磁部件的疲劳损伤进行有效的检测与评估具有重要的社会意义和经济意义。金属磁记忆技术能够检测出铁磁材料的宏观裂纹及应力集中区域,在疲劳损伤评估与寿命预测方面具有广泛的应用前景。 本文将金属磁记忆技术应用于疲劳损伤研究,通过理论和实验研究,探索基于磁信号参数的疲劳损伤诊断方法。 在疲劳损伤理论研究方面,根据疲劳破坏过程及特点,从损伤力学的角度分析了实验中所用材料的损伤演化规律,并用有限元仿真分析对其进行验证。 在磁记忆检测机理研究方面,从不同角度阐述了磁记忆信号用于疲劳损伤检测的可行性;根据疲劳裂纹扩展影响表面磁场分布的特点,把试件等效成磁体进行疲劳过程中的磁场变化分析,解释了疲劳过程中试件表面法向磁信号分布的变化规律。 为了研究疲劳过程中损伤演化与磁信号变化的关系,本文进行带预制缺陷的试件的旋转弯曲疲劳实验。 为了更有针对性地进行实验研究,用有限元方法对旋转弯曲疲劳损伤进行仿真分析,指导实验设计。 实验过程中进行预制缺陷位置的切向在线信号的采集,通过对信号随时间变化规律的分析以及与损伤演化规律对比研究,提出了基于在线磁信号检测的疲劳损伤评估方法,并对该方法的可行性进行讨论。 实验过程中在不同阶段停机检测了沿试件轴及绕预制缺陷的法向磁信号分布,通过分析信号的分布特点和变化规律,提出了基于法向磁信号分布曲线的疲劳损伤诊断方法。 实验过程中还针对性地对沿试件轴方向的9个测点的信号进行研究,通过分析疲劳过程中各测点的信号分布特点和变化规律,提出了基于试件轴上测点信号的疲劳损伤检测方法。


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