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Caution to Apply Magnetic Barkhausen Noise Method to Nondestructive Evaluation of Plastic Deformation in Some Ferromagnetic Materials

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2019年第6期32卷 85-91页

作者： Manru He Takanori Matsumoto Tetsuya Uchimoto Toshiyuki Takagi Hongen Chen shejuan xie Zhenmao Chen Shannxi Engineering Research Center for NDT and Structural Integrity Evaluation State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical StructuresSchool of AerospaceXi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China Institute of Fluid Science Tohoku UniversitySendai 980‑8577Japan

Magnetic Barkhausen Noise(MBN) method is known as an effective nondestructive evaluation(NDE) method for evaluation of residual stress in ferromagnetic materials. Some studies on the feasibility of the MBN method for NDE of residual strains were also conducted and found applicable. However, these studies are mainly focused on the state of residual strains which were introduced through a one-cycle-loading process. In practice, however, structures may suffer from an unpredictable and complicated loading history, i.e., the final state of plastic strain may be induced by several times of large loads. Whether the loading history has influences on MBN signals or not is of great importance for the practical application of the MBN method. In this paper, several ferromagnetic specimens with the same final state of residual strain but of different loading history were fabricated and inspected by using a MBN testing system. The experimental results reveal that the loading history has a significant influence on the detected MBN signals especially for a residual strain in range less than 1%, which doubts the feasibility to apply the MBN method simply in the practical environment. In addition, micro-observations on the magnetic domain structures of the plastic damaged specimens were also carried out to clarify the influence mechanism of loading history on the MBN signals.

关键词： Plastic damage Deformation history MBN method Ferromagnetic materials

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Numerical methods for the magneto-mechanical coupling analysis of invessel components in Tokamak devices

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Theoretical & Applied Mechanics Letters 2019年第3期9卷 173-179页

作者： Xudong Li shejuan xie Cuixiang Pei Zhenmao Chen Shaanxi Engineering Research Center of NDT and Structural Integrity Evaluation State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures Xi’an Jiaotong University

Magneto-mechanical coupling vibration arises in the in-vessel components of Tokamak devices especially during the plasma disruption. Strong electromagnetic forces cause the structures to vibrate while the motion in turn changes the distribution of the electromagnetic field. To ensure the Tokamak devices operating in a designed state, numerical analysis on the coupling vibration is of great importance. This paper introduces two numerical methods for the magneto-mechanical coupling problems. The coupling term of velocity and magnetic flux density is manipulated in both Eulerian and Lagrangian description, which brings much simplification in numerical implementation. Corresponding numerical codes have been developed and applied to the dynamic simulation of a test module in J-TEXT and the vacuum vessel of HL-2M during plasma disruptions. The results reveal the evident influence of the magnetic stiffness and magnetic damping effects on the vibration behavior of the in-vessel structures. Finally, to deal with the halo current injection problem, a numerical scheme is described and validated which can simulate the distribution of the halo current without complicated manipulations.

关键词： Magneto-mechanical coupling analysis In-vessel component Plasma disruption Halo current Numerical simulation

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已知深度范围缺陷的选频带脉冲涡流检测方法

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中国机械工程 2018年第6期29卷 639-644页

作者：赵莹解社娟田明明仝宗飞李勇陈振茂机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省无损检测结构完整性评价工程技术中心西安交通大学西安710049

为进一步提高对一定深度范围的局部减薄缺陷的检测能力,提出了选频带脉冲涡流检测方法。介绍了选频带脉冲涡流的工作原理,说明了选频带脉冲涡流激励信号的选取原则,比较了传统方波脉冲涡流与选频带脉冲涡流对一定深度范围的局部减薄缺... 详细信息

为进一步提高对一定深度范围的局部减薄缺陷的检测能力,提出了选频带脉冲涡流检测方法。介绍了选频带脉冲涡流的工作原理,说明了选频带脉冲涡流激励信号的选取原则,比较了传统方波脉冲涡流与选频带脉冲涡流对一定深度范围的局部减薄缺陷的检测灵敏度,并考察了选频带脉冲涡流的提离交叉点特征。数值实验结果表明:对于一定深度范围的局部减薄缺陷,选频带脉冲涡流比传统方波脉冲涡流检测灵敏度更高,且选频带脉冲涡流提离交叉点的特征能反映出缺陷深度。

关键词：频率选频带脉冲涡流检测检测灵敏度提离交叉点

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基于小波分析的脉冲涡流/电磁超声复合无损检测方法

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中国机械工程 2019年第16期30卷 1925-1930页

作者：田明明解社娟韩捷李鹏裴翠祥陈振茂西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省无损检测结构完整性评价工程技术中心西安710049 新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院乌鲁木齐830011 核动力运行研究所武汉430074 中核武汉核电运行技术股份有限公司武汉430223

为了有效利用电磁超声中的脉冲涡流信号,实现电磁超声、脉冲涡流检测方法对缺陷检测的优缺互补,提出了一种基于小波分析的脉冲涡流/电磁超声复合无损检测方法,并结合数值仿真和实验验证了所提方法的有效性。

关键词：脉冲涡流/电磁超声复合无损检测信号分离提取小波分析

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钢丝绳断丝缺陷涡流检测方法

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中国机械工程 2019年第22期30卷 2757-2763页

作者：于小杰李旭东解社娟李鹏王昊陈振茂陕西省无损检测与结构完整性评价工程技术研究中心机械结构强度与振动国家重点实验室西安交通大学西安710049 新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院乌鲁木齐830011 石河子大学机械电气工程学院乌鲁木齐832003

设计了一种在钢丝绳内主要感生轴向涡流的新型无损检测探头,为了确认其可行性,采用退化向量位(Ar)有限元法对钢丝绳涡流检测进行了数值模拟。基于仿真结果设计并制作了钢丝绳涡流检测探头,并通过检测带有断丝缺陷的钢丝绳模拟试件和实... 详细信息

设计了一种在钢丝绳内主要感生轴向涡流的新型无损检测探头,为了确认其可行性,采用退化向量位(Ar)有限元法对钢丝绳涡流检测进行了数值模拟。基于仿真结果设计并制作了钢丝绳涡流检测探头,并通过检测带有断丝缺陷的钢丝绳模拟试件和实际钢丝绳验证了其有效性。仿真与实验结果表明,所开发的新型涡流检测探头对钢丝绳断丝缺陷检测非常有效。

关键词：钢丝绳断丝缺陷涡流检测退化磁矢位方法阵列涡流探头

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固体推进剂和矩形试件的磁性能试验研究

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导弹与航天运载技术（中英文） 2023年第5期 42-46,66页

作者：郭涛吕洋王宁赵宝杰解社娟西安交通大学航天航空学院西安710049 电磁兼容与防护全国重点实验室北京宇航系统工程研究所北京100076 航天化学动力技术重点实验室襄阳441003 首都航天机械有限公司北京100076

为分析固体推进剂在外界磁场下的磁特征,利用亥姆霍兹线圈产生均匀磁场,开展不同磁场强度下固体推进剂和矩形试件的磁性能变化规律研究。试验结果表明,准静态磁场中端羟基聚丁二烯(Hydroxyl Terminated PolyButadiene,HTPB)和硝酸酯增... 详细信息

为分析固体推进剂在外界磁场下的磁特征,利用亥姆霍兹线圈产生均匀磁场,开展不同磁场强度下固体推进剂和矩形试件的磁性能变化规律研究。试验结果表明,准静态磁场中端羟基聚丁二烯(Hydroxyl Terminated PolyButadiene,HTPB)和硝酸酯增塑聚醚(Nitrate Ester Plasticised Polyether,NEPE)推进剂、三元乙丙橡胶(Ethylene Propylene Diene Monomer,EPDM)绝热层和T700碳纤维复合材料等均表现为极弱或没有磁性,D406A合金钢磁感应强度呈现非线性增大趋势,而45#钢和20#钢的磁感应强度增加量分别为6.1%和5.6%。试验后D406A合金钢存在剩磁,磁场强度约0.5~0.7mT,而45#钢和20#钢则不存在剩磁,产生差异的原因主要与过渡金属类型和含量相关。当离开推进剂表面一定距离或推进剂厚度增加时,矩形试件的磁感应强度迅速衰减,当距离超过5mm时,无限趋近于外界背景磁场。

关键词：固体推进剂矩形试件磁性能磁感应强度

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塑性变形和疲劳对304不锈钢电磁属性的影响研究及微观结构分析（英文）

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电工技术学报 2018年第14期33卷 3170-3176页

作者：解社娟吴磊仝宗飞杨庆宁陈振茂朱光艺李鹏机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省无损检测与结构完整性评价工程技术研究中心西安交通大学西安710049 新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院乌鲁木齐830011

材料在地震和和长期的流体作用力/应力等外部环境力作用下,极易产生塑性变形和疲劳损伤等典型的微观损伤,这些微观损伤会严重影响材料的电磁属性并缩短结构的使用寿命。本文首先利用MTS试验机分别制作了塑性变形试件和疲劳试件;其次,研... 详细信息

材料在地震和和长期的流体作用力/应力等外部环境力作用下,极易产生塑性变形和疲劳损伤等典型的微观损伤,这些微观损伤会严重影响材料的电磁属性并缩短结构的使用寿命。本文首先利用MTS试验机分别制作了塑性变形试件和疲劳试件;其次,研究了304奥氏体不锈钢的电磁属性与其塑性变形和疲劳损伤之间的关系;最后,根据微观结构分析讨论了其作用机理。研究发现,随着塑性变形的增加,材料的电导率下降,这归因于材料内部的微观缺陷的产生;随着塑性变形的增加,材料的磁极化强度上升,这归因于材料的非磁性奥氏体相到磁性马氏体相的相变。研究还发现,与塑性变形类似,疲劳损伤也会降低材料的电导率,提高材料的磁极化强度。

关键词： 304奥氏体不锈钢塑性变形疲劳损伤电导率磁导率微观结构

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基于PECT-EMAT复合检测方法的铁磁性材料的复合缺陷检测

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应用力学学报 2023年第4期40卷 814-823页

作者：李鹏赵瑞祥段志荣解社娟王恪典新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830000 西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省无损检测与结构完整性评价工程技术研究中心西安710049 新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院乌鲁木齐830011

铁磁性材料在现代能源工业设备关键结构上广泛应用。一些关键部位由于生产、使用时产生的拉应力状态及环境影响,易萌生表面应力腐蚀裂纹,同时在弯管或焊缝处经长期冲蚀也可能出现内部局部减薄缺陷,对工业设备结构的安全可靠性构成了严... 详细信息

铁磁性材料在现代能源工业设备关键结构上广泛应用。一些关键部位由于生产、使用时产生的拉应力状态及环境影响,易萌生表面应力腐蚀裂纹,同时在弯管或焊缝处经长期冲蚀也可能出现内部局部减薄缺陷,对工业设备结构的安全可靠性构成了严重的威胁。本研究提出并开发了基于脉冲涡流-电磁超声复合电磁无损检测方法来检测铁磁性试件的表面裂纹和底部减薄缺陷。并开发了基于频谱滤波的信号分离方法,成功提取出复合检测中的脉冲涡流信号和电磁超声信号。实验结果表明,其中脉冲涡流信号可以有效检测试件的表面裂纹,电磁超声信号可以很好地定量试件底部减薄缺陷的残余厚度。由此可见,本研究开发的新型方法可以同时检测试件上下表面两种类型的缺陷,具有明显的优势。

关键词： PECT-EMAT复合检测铁磁性材料复合缺陷

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基于磁力传动式阵列涡流探头的管道缺陷检测

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电工技术学报 2020年第22期35卷 4627-4635页

作者：段志荣解社娟李丽娟李骥陈洪恩陈振茂机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省无损检测与结构完整性评价工程技术中心西安交通大学航天航空学院西安710049 新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院乌鲁木齐830011 中国核动力研究设计院成都610213

涡流无损检测方法是一种基于电磁感应现象对金属结构进行缺陷检测的有效方法,其具有检测能力强、非接触、扫描速度快等优点。但是,对于长输金属管道结构,当探头位于管道内部时,如何实现探头的扫描是缺陷检测的关键问题。针对这一问题,... 详细信息

涡流无损检测方法是一种基于电磁感应现象对金属结构进行缺陷检测的有效方法,其具有检测能力强、非接触、扫描速度快等优点。但是,对于长输金属管道结构,当探头位于管道内部时,如何实现探头的扫描是缺陷检测的关键问题。针对这一问题,该文提出并设计一种磁力传动式阵列涡流探头,用于检测长输管道结构的内壁缺陷。该探头由位于管外带永磁体的激励装置和位于管内带永磁体的检出装置组成,是一种分离式结构,两个装置可在磁力作用下同时沿着管道内外移动。在此基础上,通过数值模拟和实验验证了该分离式探头的优点,即与传统的反射式探头相比,管道内壁缺陷的检测信号具有不饱和性。同时,该探头的检出装置设计为阵列结构,能够显著提高管道缺陷检测的灵敏度和效率。最后,将所提出的磁力传动式阵列涡流探头应用于含内壁裂纹铝管的缺陷检测,通过实验验证了这种探头对管道内壁缺陷扫查检测的有效性及优势。

关键词：磁力传动分离式阵列探头涡流检测管道内壁缺陷

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核电站指套管磨损缺陷的扫频涡流检测及创新型特征提取

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中国机械工程 2021年第1期32卷 18-25页

作者：张磊刘武军解社娟王小刚孔玉莹马强陈振茂机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省无损检测与结构完整性评价工程技术研究中心西安交通大学西安710049 中广核检测技术有限公司苏州215021 新特能源股份有限公司乌鲁木齐830011 新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院乌鲁木齐830011

为避免核电站指套管在微振磨蚀作用下产生磨损缺陷导致反应堆冷却剂泄漏,需要精确定量指套管磨损缺陷深度。建立了指套管涡流检测的有限元模型,通过仿真分析了指套管磨损缺陷的深度、轴向长度、周向角度对涡流检测信号的影响,结果表明... 详细信息

为避免核电站指套管在微振磨蚀作用下产生磨损缺陷导致反应堆冷却剂泄漏,需要精确定量指套管磨损缺陷深度。建立了指套管涡流检测的有限元模型,通过仿真分析了指套管磨损缺陷的深度、轴向长度、周向角度对涡流检测信号的影响,结果表明涡流检测信号的相位角特征与缺陷深度不是独立相关的,使用常规单频涡流检测方法会导致缺陷深度误差过大。基于此提出了指套管磨损缺陷的扫频涡流检测方法,并从中提取了创新型特征,即过零频率特征。仿真分析结果表明过零频率特征与缺陷深度高度独立相关。

关键词：指套管磨损缺陷深度扫频涡流检测过零频率特征

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