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结构的累积损伤与磁记忆效应的关系研究

吴磊  
【摘要】:任何工程结构都不可避免地存在着类似于微裂纹的损伤。这些损伤的存在,降低了结构的承载能力。即使在静态或缓慢变化的载荷作用下,也会由于损伤的动态扩展而导致断裂。传统的无损检测方法由于原理和工艺的局限性仅能检测出已发展成形的缺陷,但对于金属构件中存在的微裂纹等早期损伤,特别是尚未成型的隐性不连续变化,难以实施有效的评价。为了可靠、灵敏地检测出金属结构中的早期损伤,尤其是金属结构的隐性不连续变化,必须探索新理论,开发新仪器。 金属磁记忆检测技术为无损检测领域提供了一种新的无损检测手段,通过早期诊断能较为准确地评价设备的安全性,是目前能以高准确度确定检测对象上以应力集中区为标识的最危险区域的唯一无损检测方法。在现场磁记忆检测时,根据应力集中区的基本特征很容易确定出构件的应力集中区域,然而对应力集中严重程度的判定没有一个明确的准则,这制约了磁记忆检测技术在实际中的应用。本文针对这些问题,在电子万能试验机上做了带孔板件的拉伸实验,做了板构件的振动和转动实验,通过实验来分析构件的累积损伤和磁记忆效应的关系,对构件的磁记忆信号做出正确的安全评价。 本文进行的主要工作有: 1. 简单回顾了磁记忆检测技术的发展概况。介绍和评述国内、外磁记忆检测仪硬件和信号处理技术的发展及研究现状; 2. 对磁记忆检测技术的机理进行了研究。从材料的微观结构出发,结合交换作用理论和能带理论,对交换积分因子作了分析,并结合热力学详细推导,导出了压磁效应的公式; 3. 通过做实验来分析构件的累积损伤和磁记忆效应的关系。这些实验包括带孔板件的拉伸实验、板件的振动实验、板件的转动实验。在实验前首先用大型有限元分析软件ANSYS 对带孔板件进行应力分析和对板件进行模态分析,做完实验后用磁记忆信号分析软件和Origin 软件来分析检测信号; 4. 对现场汽轮机叶片进行了磁记忆检测和信号分析。通过检测发现磁记忆检测技术是对汽轮机叶片进行早期诊断的有效方法,并且不同结构的转子的危险部位不同。有围带的转子的危险部位主要在围带处和末几级叶片的根部;带拉筋的转子的危险部位主要在拉筋处和末几级叶片的根部,尤其在拉筋部位最多。


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