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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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Progress on the ultrasonic testing and laser thermography techniques for NDT of tokamak plasma-facing components

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Theoretical & Applied Mechanics Letters 2019年第3期9卷 180-187页

作者： Cuixiang Pei Haochen Liu Jinxing Qiu Tianhao Liu 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

During manufacturing and operation, different kinds of defects, e.g., delamination or surface cracks, may be generated in the plasma-facing components (PFCs) of a Tokamak device. To ensure the safety of the PFCs, various kinds of nondestructive testing (NDT) techniques are needed for different defect and failure mode. This paper gives a review of the recently developed ultrasonic testing (UT) and laser thermography methods for inspection of the delamination and surface cracks in PFCs. For monoblock W/Cu PFCs of divertor, the bonding quality at both W-Cu and Cu- CuCrZr interfaces was qualified by using UT with a focus probe during manufacturing. A noncontact, coupling-free and flexible ultrasonic scanning testing system with use of an electromagnetic acoustic transducer and a robotic inspection manipulator was introduced then for the in-vessel inspection of delamination defect in first wall (FW). A laser infrared thermography testing method is highlighted for the on-line inspection of delamination defect in FW through the vacuum vessel window of the Tokamak reactor. Finally, a new laser spot thermography method using laser spot array source was described for the online inspection of the surface cracks in FW.

关键词： Plasma-facing components Ultrasonic testing Laser thermography Delamination Surface crack

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含镍腐蚀噪声的铜-镍合金热交换管涡流检测信号处理方法

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电工技术学报 2015年第24期30卷 229-236页

作者：田淑侠陈振茂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 郑州轻工业学院机电工程学院郑州450002

基于理论分析和实验研究,提出和验证了一种针对铜镍合金管脱镍腐蚀区域涡流检测信号的自动处理方法。首先,通过数值分析,研究了换热管内壁脱镍腐蚀和管内外壁裂纹导致的涡流检测信号的差异,发现腐蚀噪声与裂纹信号的相位和波形具有不同... 详细信息

基于理论分析和实验研究,提出和验证了一种针对铜镍合金管脱镍腐蚀区域涡流检测信号的自动处理方法。首先,通过数值分析,研究了换热管内壁脱镍腐蚀和管内外壁裂纹导致的涡流检测信号的差异,发现腐蚀噪声与裂纹信号的相位和波形具有不同特点,但单一信号特征量无法独立判定检测信号中的缺陷信息。基于信号相位和波形特征,提出了一种基于分段特征相位变换和模式匹配识别的涡流检测裂纹信息判定方法。作为验证实验,利用实际核电站老化换热管制作了含不同大小人工裂纹和疲劳裂纹的脱镍腐蚀换热管裂纹试件,进行了涡流检测并对检测信号利用本文方法进行了识别处理。实验结果表明本方法可有效从混合信号中识别和抽取裂纹信息,可有效用于实际铜镍合金换热管脱镍腐蚀区域的裂纹检测。

关键词：热交换管涡流检测腐蚀噪声人工裂纹相位变换

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基于自然磁化现象的损伤定量无损检测方法

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西安交通大学学报 2011年第1期45卷 58-63页

作者：李红梅赵天飞陈振茂西安交通大学强度与振动教育部重点实验室西安710049 宁夏职业技术学院机电工程系银川750002

为了开发对材料裂纹产生前的早期损伤程度进行定量无损检测的新方法,探讨自然磁化机理,以核能设备中常用的常磁性材料——奥氏体不锈钢SUS304为研究对象,通过实验对不同形状和厚度的材料试样进行多次拉伸,测量相应的自然磁化漏磁场磁感... 详细信息

为了开发对材料裂纹产生前的早期损伤程度进行定量无损检测的新方法,探讨自然磁化机理,以核能设备中常用的常磁性材料——奥氏体不锈钢SUS304为研究对象,通过实验对不同形状和厚度的材料试样进行多次拉伸,测量相应的自然磁化漏磁场磁感应强度和残余应变分布,从而建立了基于自然磁化现象的机械损伤与其磁化漏磁场的定量关系,进而证明了可以通过检测自然磁化漏磁场强度实现对奥氏体不锈钢材料损伤程度的定量检测和评估.基于实验所建立的机械损伤与自然磁化漏磁场的定量关系,结合磁记忆检测方法的优点,提出了一种较为简单但更为全面的对局部缺陷损伤程度进行定量检测的方法.奥氏体不锈钢的自然磁化机理可以初步认为是机械损伤引起的位错堆积导致了奥氏体不锈钢中马氏体含量和位错能的增加,由于材料的各向异性致使在铁磁属性的马氏体组织内产生了自然磁化,从而使材料整体呈现自然磁化特性.

关键词：自然磁化损伤检测定量关系

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第七届电磁场问题与应用国际会议(ICEF'2016)综述

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电工技术学报 2016年第22期31卷 1-4页

作者：马西奎陈振茂陈锋董天宇电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 西安710049 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

在介绍2016年第七届电磁场与应用国际会议概况和主要学术专题的基础上,分析了应用电磁学理论与应用领域的现状和取得的主要成果,提出了对未来发展的建议与思考。

关键词：电磁场理论与应用计算电磁学学术交流

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基于支持向量机和神经网络方法的应力腐蚀裂纹定量重构

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电工技术学报 2010年第10期25卷 196-199页

作者：耿强田淑侠黄太回陈振茂西安交通大学强度与振动教育部重点实验室西安710049

应力腐蚀裂纹具有类似于树枝分叉的复杂微观结构,其无损定量检测非常困难。提出了利用神经网络和支持向量机方法的涡流检测应力腐蚀裂纹定量重构方案并进行了有效性验证。首先将应力腐蚀裂纹等效为部分导电的半椭圆形平面裂纹,利用FEM-... 详细信息

应力腐蚀裂纹具有类似于树枝分叉的复杂微观结构,其无损定量检测非常困难。提出了利用神经网络和支持向量机方法的涡流检测应力腐蚀裂纹定量重构方案并进行了有效性验证。首先将应力腐蚀裂纹等效为部分导电的半椭圆形平面裂纹,利用FEM-BEM混合法程序建立了涡流检测训练信号集;其次,针对所选神经网络和支持向量机方法分别提出了相应的裂纹参数化和阻抗信号特征提取方案,建立了应力腐蚀裂纹重构策略,在此基础上分别对模拟应力腐蚀裂纹进行了重构。计算结果表明支持向量机方法对含噪声信号的反演效果明显好于神经网络,该法对于应力腐蚀裂纹的定量重构更为有效。

关键词：应力腐蚀裂纹神经网络方法支持向量机数字建模定量重构

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孔边裂纹的旋转涡流检测

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中国机械工程 2023年第8期34卷 883-891页

作者：朱玉龙赵迎松方阳陈洪恩陈振茂机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 陕西省无损检测与结构完整性分析工程技术中心西安710049 西安交通大学航天航空学院西安710049

将调幅旋转涡流检测技术用于叶片气膜孔边任意方向裂纹的无损检测。首先,开发了调幅旋转涡流检测信号数值模拟方法和程序,计算结果表明调幅旋转涡流方法可有效检测孔边裂纹。其次,开发了旋转涡流检测探头和检测实验系统,对含孔边裂纹的... 详细信息

将调幅旋转涡流检测技术用于叶片气膜孔边任意方向裂纹的无损检测。首先,开发了调幅旋转涡流检测信号数值模拟方法和程序,计算结果表明调幅旋转涡流方法可有效检测孔边裂纹。其次,开发了旋转涡流检测探头和检测实验系统,对含孔边裂纹的气膜孔模拟试件进行了检测实验。检测实验与理论分析的结果一致,验证了所提数值模拟方法和调幅旋转涡流检测技术对孔边裂纹检测的有效性。

关键词：涡流检测旋转涡流孔边裂纹数值模拟方法实验验证

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碳钢塑性变形对增量磁导率信号的影响

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中国机械工程 2018年第14期29卷 1653-1660页

作者：李丽娟解社娟陈洪恩陈玲莉何曼如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西安710049 西安交通大学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 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术国家重点实验室成都610041

针对核电站结构的塑性变形损伤,为研究低碳钢材料塑性变形对增量磁导率信号的影响机理,将B-H曲线的特征量导入数值计算中,间接分析塑性变形对增量磁导率信号曲线的影响规律,开发了基于退化磁矢位法的增量磁导率数值计算程序,并采用数值... 详细信息

针对核电站结构的塑性变形损伤,为研究低碳钢材料塑性变形对增量磁导率信号的影响机理,将B-H曲线的特征量导入数值计算中,间接分析塑性变形对增量磁导率信号曲线的影响规律,开发了基于退化磁矢位法的增量磁导率数值计算程序,并采用数值模拟方法研究了材料剩磁和矫顽力两个因素分别对增量磁导率信号曲线的影响。结果表明,材料剩磁和矫顽力会影响增量磁导率信号曲线的峰峰距、峰值和过零点等特征参数。研究结果对塑性变形的定量无损评价具有参考意义。

关键词：增量磁导率无损评价塑性变形剩磁矫顽力

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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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