【摘 要】
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随着基础设施的大规模建设,我国工业与民用领域出现了很多重大工程和复杂设备,板状结构是这些工程和设备中常见的一种结构,而钢板又是我国钢铁产业中产量最大的一种产品。在钢板制作和服役过程中,初始缺陷、环境侵蚀及外力作用使钢板表面、内部产生裂纹或孔洞。这些缺陷的存在会影响结构的力学强度和稳定性,因此对其进行检测是至关重要的。电磁超声检测是一种较新的无损检测技术,它以电磁耦合方式在结构中激发超声波,相比于传
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随着基础设施的大规模建设,我国工业与民用领域出现了很多重大工程和复杂设备,板状结构是这些工程和设备中常见的一种结构,而钢板又是我国钢铁产业中产量最大的一种产品。在钢板制作和服役过程中,初始缺陷、环境侵蚀及外力作用使钢板表面、内部产生裂纹或孔洞。这些缺陷的存在会影响结构的力学强度和稳定性,因此对其进行检测是至关重要的。电磁超声检测是一种较新的无损检测技术,它以电磁耦合方式在结构中激发超声波,相比于传统压电超声检测技术,电磁超声检测具有非接触、激发波形种类丰富、适合高温检测等特点,但电磁超声换能器的换能效率较低、换能机理较复杂等因素限制了电磁超声检测技术的应用。本文用电磁超声技术对板状结构中的缺陷进行检测,针对电磁超声检测效能低的问题,从电磁超声换能器、缺陷检测方法和信号处理方法三个方面进行研究和验证。对电磁超声探头进行参数优化,提出两个损伤评价指标AI值和EI值并对缺陷深度进行量化分析。最后,利用正交试验方法设计出满足性能要求的电磁超声换能器,并提出一种基于等效时间和网格化迭代算法的损伤定位方法。具体内容和研究成果如下:首先,通过COMSOL有限元软件对电磁超声换能器的换能机理进行了仿真分析,探究了换能器参数(激励电流大小、周期个数及提离距离)对横波幅值的影响,并通过搭建的电磁超声检测系统对横波探头进行参数优化,使其在工作中达到最大换能效率。其次,对7种不同缺陷深度的钢板进行有限元模拟和试验研究,利用电磁超声换能器实现非接触式无损检测,研究缺陷深度对回波信号幅值及能量的影响。分别以信号幅值、能量变化来表征缺陷深度对回波信号的影响,以无缺陷钢板检测信号为基础,构建以超声波衰减为基础理论的损伤指标AI值和EI值。研究表明这两个指标都随着缺陷深度的增加而增大,该横波探头可以很好地实现钢板缺陷深度的检测。最后,以提高电磁超声Lamb波换能器换能效率和抑制多模态波形的干扰为目标,对适用于铁磁性薄钢板的电磁超声Lamb波换能器进行设计,采用正交试验设计方法对电磁超声换能器探头参数(永磁铁高度、宽度、导线宽度、提离距离及电流大小)进行优化,并得到相关参数对检测信号强度的影响规律。针对损伤定位时出现“假阳性”和Lamb波遇到缺陷发生模态转换和边界反射造成接收信号混叠的现象,提出一种基于等效时间和网格化迭代算法用于定位损伤位置,该方法可以实现损伤的精准定位。
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