基于磁记忆技术的铁磁性材料旋转弯曲疲劳损伤诊断研究

论文摘要

铁磁材料广泛用于大型设备的重要部件,这些部件在长期运行中会因为疲劳损伤产生突然破坏,造成灾难性的后果。因此,对铁磁部件的疲劳损伤进行有效的检测与评估具有重要的社会意义和经济意义。金属磁记忆技术能够检测出铁磁材料的宏观裂纹及应力集中区域,在疲劳损伤评估与寿命预测方面具有广泛的应用前景。本文将金属磁记忆技术应用于疲劳损伤研究,通过理论和实验研究,探索基于磁信号参数的疲劳损伤诊断方法。在疲劳损伤理论研究方面,根据疲劳破坏过程及特点,从损伤力学的角度分析了实验中所用材料的损伤演化规律,并用有限元仿真分析对其进行验证。在磁记忆检测机理研究方面,从不同角度阐述了磁记忆信号用于疲劳损伤检测的可行性;根据疲劳裂纹扩展影响表面磁场分布的特点,把试件等效成磁体进行疲劳过程中的磁场变化分析,解释了疲劳过程中试件表面法向磁信号分布的变化规律。为了研究疲劳过程中损伤演化与磁信号变化的关系,本文进行带预制缺陷的试件的旋转弯曲疲劳实验。为了更有针对性地进行实验研究,用有限元方法对旋转弯曲疲劳损伤进行仿真分析,指导实验设计。实验过程中进行预制缺陷位置的切向在线信号的采集,通过对信号随时间变化规律的分析以及与损伤演化规律对比研究,提出了基于在线磁信号检测的疲劳损伤评估方法,并对该方法的可行性进行讨论。实验过程中在不同阶段停机检测了沿试件轴及绕预制缺陷的法向磁信号分布,通过分析信号的分布特点和变化规律,提出了基于法向磁信号分布曲线的疲劳损伤诊断方法。实验过程中还针对性地对沿试件轴方向的9个测点的信号进行研究,通过分析疲劳过程中各测点的信号分布特点和变化规律,提出了基于试件轴上测点信号的疲劳损伤检测方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景、来源及研究的目的
• 1.2 疲劳损伤与寿命评估的研究现状
• 1.2.1 疲劳寿命分析理论研究发展历史
• 1.2.2 结构疲劳寿命分析的方法
• 1.2.3 疲劳损伤与寿命评估研究的特点及存在的问题
• 1.3 金属磁记忆技术的背景和现状
• 1.3.1 金属磁记忆技术的提出及特点
• 1.3.2 金属磁记忆技术国内外发展现状
• 1.3.3 金属磁记忆技术的在疲劳研究中的应用
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 疲劳损伤破坏理论及磁记忆疲劳诊断的原理
• 2.1 疲劳损伤破坏理论
• 2.1.1 疲劳破坏过程及特点
• 2.1.2 疲劳损伤理论
• 2.2 磁记忆技术用于疲劳诊断的原理
• 2.2.1 铁磁材料在地磁场环境下的磁化
• 2.2.2 不同应力状态下的磁信号特征
• 2.2.3 磁信号用于缺陷检测
• 2.3 缺口件疲劳过程的磁体假设
• 2.4 本章小结
• 第3章 疲劳损伤有限元仿真分析及实验设计
• 3.1 疲劳损伤有限元分析
• 3.1.1 有限元方法用于疲劳损伤分析的原理
• 3.1.2 有限元建模及静力学分析
• 3.1.3 疲劳损伤分析
• 3.2 旋转弯曲疲劳实验
• 3.2.1 实验目的及实验设计思路
• 3.2.2 磁记忆信号的测量
• 3.3 本章小结
• 第4章 磁信号用于旋转弯曲疲劳损伤诊断
• 4.1 缺口处切向磁信号用于旋转弯曲疲劳损伤诊断的研究
• 4.1.1 缺口处切向磁信号随时间的变化与疲劳损伤变化具有相关性
• 4.1.2 切向磁信号变化用于疲劳损伤监测
• 4.2 法向磁记忆信号用于旋转弯曲疲劳损伤诊断的研究
• 4.2.1 用Hp（y）-L曲线及Hp（y）-S曲线进行疲劳损伤诊断
• 4.2.2 用测点信号进行疲劳诊断的方法
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢