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裂纹方向对脉冲涡流激励热成像的影响

上海交通大学学报 2013年第5期47卷 779-785页

作者：常东左宪章田贵云钱苏敏军械工程学院无人机工程系中国人民解放军71602部队英国纽卡斯尔大学电子与计算机工程学院

通过建立不同方向裂纹的有限元模型,对利用脉冲涡流热成像技术检测铁磁和非铁磁金属材料的裂纹缺陷进行分析,讨论了不同方向裂纹对裂纹附近涡流场和温度场的影响,并提取试件表面温度最大值作为特征量来对裂纹方向角与几何尺寸的关系进... 详细信息

通过建立不同方向裂纹的有限元模型,对利用脉冲涡流热成像技术检测铁磁和非铁磁金属材料的裂纹缺陷进行分析,讨论了不同方向裂纹对裂纹附近涡流场和温度场的影响,并提取试件表面温度最大值作为特征量来对裂纹方向角与几何尺寸的关系进行分析.同时,通过实验对数值分析结果进行验证.结果表明:在铁磁材料中,具有各种方向角的裂纹都可以检测到;而在非铁磁材料中,当方向角较小时难以检测出其裂纹.根据试件表面温度分布的对称特点,可对裂纹的走向进行初步判断;根据试件表面最大温度随着裂纹方向角的增大而呈线性增加,可进一步识别裂纹方向角.

关键词：脉冲涡流热成像裂纹检测裂纹方向

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裂纹方向对轴承裂纹应力强度因子的影响

中国科学院大学学报（中英文） 2018年第6期35卷 743-748页

作者：刘珑时军波丁宁胡志文山东省科学院山东省材料失效分析与安全评估工程技术研究中心济南250014 香港城市大学物理及材料科学系香港999077

利用有限元分析方法,研究裂纹与内圈轴向的夹角和裂纹与内圈径向的夹角两个因素对于裂纹扩展速率的影响。研究结果表明:当裂纹与内圈轴向夹角在10°左右时,裂纹扩展速率出现最大值,等效应力强度因子为0. 22 MPa·m^(0.5);夹角在90°左右... 详细信息

利用有限元分析方法,研究裂纹与内圈轴向的夹角和裂纹与内圈径向的夹角两个因素对于裂纹扩展速率的影响。研究结果表明:当裂纹与内圈轴向夹角在10°左右时,裂纹扩展速率出现最大值,等效应力强度因子为0. 22 MPa·m^(0.5);夹角在90°左右时,裂纹扩展速率出现最小值,等效应力强度因子为0. 039 MPa·m^(0.5)。当裂纹与内圈径向夹角在10°左右时,裂纹扩展速率出现最大值,等效应力强度因子为0. 19 MPa·m^(0.5);夹角在80°和-80°左右时,裂纹扩展速率出现最小值,等效应力强度因子为0. 15 MPa·m^(0.5)。

关键词：轴承裂纹方向裂纹扩展速率应力强度因子有限元

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奥氏体不锈钢表面裂纹方向检测方法研究

奥氏体不锈钢表面裂纹方向检测方法研究

作者：闫梁中国矿业大学

学位级别：硕士

奥氏体不锈钢具有较好的强度、可塑性与耐腐蚀性,在工程设备行业应用广泛。奥氏体不锈钢结构在生产与服役过程中受制造工艺与工作环境影响,表面易产生应力腐蚀开裂、疲劳开裂,进而形成走向不规则的裂纹缺陷。表面不规则裂纹在外力作用... 详细信息

奥氏体不锈钢具有较好的强度、可塑性与耐腐蚀性,在工程设备行业应用广泛。奥氏体不锈钢结构在生产与服役过程中受制造工艺与工作环境影响,表面易产生应力腐蚀开裂、疲劳开裂,进而形成走向不规则的裂纹缺陷。表面不规则裂纹在外力作用下可迅速聚集、扩展,最终引起结构失效。奥氏体不锈钢材料具有非铁磁、导电弱、晶粒粗大等特性,采用交流电磁场检测方法来检测不锈钢裂纹缺陷是一种很有效的手段。对不锈钢构件进行交流电磁检测时,裂纹的走向是未知的。为了确定裂纹方向,通常采用常规电磁检测技术,该技术需要多方向扫查,降低了检测效率,甚至会出现漏检的现象。目前研究较多的涡流阵列检测技术,探头尺寸较大、系统激励原理复杂,设备昂贵。本文在交流电磁场检测的基础上,设计了新型正交三角传感器,推导了裂纹方向判定公式,提出了任意方向裂纹检测新方法。主要工作内容如下:1.建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测有限元仿真模型,搭建了基于双U型激励和隧道磁阻传感器的裂纹检测系统。分析了激励参数对磁场的影响,研究了裂纹长度、宽度、深度、方向与磁场幅值的变化规律。将仿真结果与实验信号对比,误差不超过10%,验证了模型正确性。2.提出了基于“双轴法”裂纹方向判定方法,选取B、B作为任意方向裂纹与方向判定特征,推导了旋转磁场下裂纹方向判定公式,分析了传感器敏感轴、裂纹尺寸对磁场信号影响,确定了裂纹方向与磁场幅值的变化关系,提出了不同方向裂纹的检测方法和方向判定方法,结果显示最大判定误差不超过8.4°。3.提出了基于三轴磁场特征的裂纹方向判定方法,分析了裂纹宽度对磁场畸变信号影响,量化了裂纹宽度引入的“双轴法”裂纹方向判定误差,推导了基于三轴磁场特征的裂纹方向判定公式,提高了裂纹方向判定精度。仿真和实验结果表明,利用三轴磁场分量B、B、B波谷特征可以实现裂纹方向判定,判定误差不超过3.4°。4.创新设计了用于检测奥氏体不锈钢表面斜裂纹检测的新型双激励探头。基于理论模型和试验系统研究了裂纹走向和裂纹宽度对传感器拾取磁场幅值的影响规律,研究了裂纹方向判定方法。仿真和实验结果表明,利用磁场分量B、B畸变特征能够以相同的灵敏度检测出试件表面尺寸为15mm×0.2mm、深度大于3mm的裂纹,实现裂纹方向判定。本文含有图72幅,表6个,参考文献90篇。

关键词：交流电磁场检测裂纹缺陷正交激励磁场传感器裂纹方向

基于单谐振结构的金属裂纹CRFID传感器设计

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电子测量技术 2024年第3期47卷 48-54页

作者：王帅孙姗薛严冰宋智大连交通大学自动化与电气工程学院大连116028

为实现单结构谐振器对金属裂纹参数的无损检测,设计了一款同时检测裂纹宽度及方向的无芯片射频识别(CRFID)金属裂纹传感器。将圆形、切角矩形谐振器一体化设计,利用HFSS有限元分析软件对传感器进行结构优化与性能仿真。深层次探究了不... 详细信息

为实现单结构谐振器对金属裂纹参数的无损检测,设计了一款同时检测裂纹宽度及方向的无芯片射频识别(CRFID)金属裂纹传感器。将圆形、切角矩形谐振器一体化设计,利用HFSS有限元分析软件对传感器进行结构优化与性能仿真。深层次探究了不同裂纹缺陷下传感器雷达散射截面(RCS)的响应特征。结果表明金属结构的裂纹方向和裂纹宽度可以通过传感器谐振频率的变化进行识别。双极化下RCS幅频特性的频偏方向对应裂纹的方向,而频偏量与裂纹宽度成正比。设计的CRFID传感器能够检测0°水平方向、90°竖直方向、45°或135°斜向等三类方向下的亚毫米宽度裂纹,其中裂纹宽度检测灵敏度最高可达43.5MHz/0.1mm。

关键词：金属裂纹无损检测 CRFID传感器裂纹方向裂纹宽度

基于双轴TMR电磁传感器的裂纹检测方法研究

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仪器仪表学报 2021年第11期42卷 106-114页

作者：闫梁万本例胡斌范孟豹中国矿业大学机电工程学院徐州221116 中国特种设备检测研究院北京100029

针对单一激励交流电磁探头检测任意方向裂纹容易出现漏检问题,设计了用于检测奥氏体不锈钢表面斜裂纹的新型双激励传感器,建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测仿真模型,开发了基于新型双激励传感器和高分辨率隧道效应磁阻传感器... 详细信息

针对单一激励交流电磁探头检测任意方向裂纹容易出现漏检问题,设计了用于检测奥氏体不锈钢表面斜裂纹的新型双激励传感器,建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测仿真模型,开发了基于新型双激励传感器和高分辨率隧道效应磁阻传感器的金属平板表面裂纹检测系统。基于理论模型和试验系统研究了试件上裂纹走向和裂纹宽度对传感器拾取到磁场分量幅值的影响规律,研究了裂纹检测与方向判定方法。仿真和实验结果表明,利用磁场分量B_(x)、B_(y)畸变特征能够以相同的灵敏度检测出试件表面尺寸为15 mm×0.2 mm、深度大于3 mm的微小裂纹,并实现裂纹方向判定。引入宽度补偿参数后减小了横向、纵向裂纹判定误差,判定误差最大为3.9°。

关键词：交流电磁场检测传感器模型有限元模型裂纹方向

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超声探伤中的小样本学习方法研究

超声探伤中的小样本学习方法研究

作者：刘安康太原理工大学

学位级别：硕士

超声波探伤技术是管道结构健康监测的一种主要技术,随着国家输油、输气、输水管网的建设,管道的长度已延伸至数百万公里,因此传统的逐点小面积的探伤方法,难以在实际中应用。超声导波可以通过一个检测点对管道进行长距离探伤,而且可以... 详细信息

超声波探伤技术是管道结构健康监测的一种主要技术,随着国家输油、输气、输水管网的建设,管道的长度已延伸至数百万公里,因此传统的逐点小面积的探伤方法,难以在实际中应用。超声导波可以通过一个检测点对管道进行长距离探伤,而且可以对被测区域实现全覆盖,同时实现对管道外表面、内表面和管壁内部缺陷的检测,与传统的逐点小面积的探伤方法相比较,超声导波大大提高了探伤效率。但是,超声导波存在多模态和频散现象,对探伤过程造成了干扰,一直以来没有一个满意的解决方法,成为超声探伤中急需解决的难点问题和研究焦点。本文在研究中发现,导波的波包能量在传播中不受多模态和频散现象的干扰,而且导波的缺陷反射波的能量分布与缺陷的形态具有相关性。根据此研究结果并针对上述问题,本文将缺陷反射波的能量分布用小波时频图表征制作图像样本,将管道的探伤问题转换成图像识别问题,借助深度学习强大的特征提取和表征能力,提出了一种超声探伤中的小样本学习方法,主要完成了以下研究工作:(1)对用缺陷反射波的能量分布识别缺陷的可行性进行了理论论证,并在此基础上进一步分析了缺陷反射波的能量分布与缺陷形态的相关性,为后续的研究工作奠定了理论基础。(2)裂纹是管道的一种主要缺陷,危害性最大,并且裂纹的定量检测是目前管道探伤中具有挑战性的课题。研究中发现,裂纹的面积、深度、长度及开裂程度的检测,都与裂纹方向相关。对于同一个裂纹,当方向不同时,其反射波的能量分布特征不同。因此,目前对裂纹面积、深度、长度及开裂程度的检测,大都是在裂纹方向已知的条件下进行的。但是在实际中,裂纹方向是未知的。因此,对裂纹方向的检测是裂纹定量检测研究中必须解决的问题,但一直以来没有一个满意的解决方法,成为裂纹定量检测研究中的难点问题。针对此问题,本文将不同方向的裂纹看作是不同的类别,作为模型的分类任务,设计了一种识别裂纹方向的小样本分类模型,并通过实验验证了模型的有效性。(3)裂纹面积也是裂纹定量检测研究的一个重要方面,由于裂纹面积的检测受裂纹方向的影响,所以长期以来没有一个满意的解决方法。本文在裂纹方向识别研究成果的基础上,借助于小样本裂纹方向识别模型,研究了一种裂纹面积的估算方法。首先通过概率统计的理论和方法,建立了不同方向的裂纹面积与其反射波能量的回归方程,然后利用插值算法将多个回归方程组合成一个通过裂纹方向求解裂纹面积的模型,最后借助于裂纹方向识别模型求解裂纹面积。经过实际测试,估算结果的相对误差为4%。(4)将深度学习模型应用于实际,是模型开发的目的。目前,影响模型走向应用的因素主要有三个:一是实际中难以提供足够数量的训练样本;二是模型的计算量大,训练时间变长,对服务器的计算资源要求较高;三是需要开发相应的智能系统。针对上述的第一个问题,本文设计了基于小样本学习的IPro Net模型,解决了实际中训练样本不足的问题;针对上述的第二个问题,本文在模型设计中采用了轻量化的设计思想,大大降低了模型的计算量和训练时间,能够适应当前服务器的计算资源。针对上述的第三个问题,本文研究开发了基于本文方法的智能探伤系统。智能系统采用Lab VIEW与Python混合编程的方法,实现了数据的自动采集、存储和管理;实现了对数据的智能分析处理;实现了对裂纹方向的智能识别过程;在裂纹方向识别的同时,实现了对裂纹面积的估算。

关键词：超声导波探伤技术小样本学习方法裂纹方向裂纹面积智能探伤系统

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裂纹管的振动特性研究

中国海洋平台 2012年第2期27卷 20-24,40页

作者：刘朵朱彤周晶赵习刚江苏省交通科学研究院江苏210017 大连理工大学大连116024 南京市政设计研究院有限责任公司江苏210008

采用奇异单元模拟裂纹尖端的奇异性,无摩擦接触单元模拟裂纹的张开闭合效应,建立含有方向裂纹的裂纹管有限元模型。基于此模型研究裂纹方向对裂纹管固有频率的影响,针对悬臂裂纹管和简支裂纹管,分析简谐荷载作用下的非线性动力特性,重... 详细信息

采用奇异单元模拟裂纹尖端的奇异性,无摩擦接触单元模拟裂纹的张开闭合效应,建立含有方向裂纹的裂纹管有限元模型。基于此模型研究裂纹方向对裂纹管固有频率的影响,针对悬臂裂纹管和简支裂纹管,分析简谐荷载作用下的非线性动力特性,重点讨论裂纹方向对系统超谐共振的影响,并量化裂纹方向角变化所引起的谐波分量的差异。

关键词：奇异单元接触单元裂纹方向固有频率超谐共振