磁致伸缩扭转导波小管径弯管检测

针对扭转导波对小管径弯管的检测问题,分别采用数值模拟和实验方法进行研究。使用ANSYS软件模拟扭转导波在弯管中的传播;设计一种针对小管径管道的磁致伸缩扭转导波检测传感器,并对弯管进行检测,建立该传感器的导波激发和接收模型,利用理论模型对实验信号进行解读。研究结果表明:T(0,1)模态导波在小管径管道弯头处发生模态转换,部分T(0,1)模态转换成F(1,1)模态,F(1,1)模态具有方向性,垂直于弯头拱背-拱腹方向;模态转换会造成检测信号的双端面反射现象,第二个端面回波与第一个端面回波幅值比随频率的增大呈减小趋势;传感器激发出的纵向磁致伸缩力会导致实验信号中出现少量纵向模态导波。研究结论为磁致伸缩扭转导波对小管径弯管的检测提供理论指导。     

多弯头管道磁致伸缩导波无损检测技术

为了研究超声导波在弯管中的传播特性及检测可行性,使用磁致伸缩导波仪器及传感器对多弯头管道进行了检测实验,并对弯管中导波的传播速度、模态转换、能量衰减等现象进行了探讨。结果表明:当弯管弯曲程度较小时,弯管中导波传播速度与直管中近似;弯管中导波存在明显的模态转换现象;弯管中导波能量随着时间近似呈指数形式衰减,且衰减规律与激励频率存在密切联系。该研究结果可以为复杂结构弯曲管道的导波检测提供参考。     

非铁磁性管道磁致伸缩式扭转导波检测

利用磁致伸缩扭转导波技术对非铁磁性金属管道缺陷进行检测,探讨其可行性.鉴于不锈钢管在各种行业中得到普遍应用并发挥着极其重要作用,选取不锈钢管作为检测试验样本,以模拟不锈钢管存在的各种类型缺陷;利用研制的导波仪器和磁致伸缩传感器激发T(0,1)扭转导波,分别对各种类型缺陷管道进行测试.研究结果表明:使用磁致伸缩扭转导波技术可以有效地检测出非铁磁性金属管道中的各种缺陷.     

管道中磁致伸缩导波传播方向控制理论与试验

提出了控制磁致伸缩超声导波单方向传播的通用数学公式,总结出实现导波单方向传播控制应同时满足的三个条件:双通道激励源的信号幅值相等,两传感器间距为激励频率下导波波长1/4的奇数倍,双通道相位差为π/2的奇数倍.为了验证此结论的正确性,利用磁致伸缩导波无损检测装置对管道中导波传播方向控制进行了试验.研究结果表明:试验结果与理论计算方法结论相吻合,可为磁致伸缩导波无损检测传感器的设计提供理论依据,为导波检测信号的识别提供帮助.     

管道超声导波无损检测技术应用研究

利用研制的磁致伸缩超声导波无损检测装置对长直无缝钢管、舰用锅炉U型管和弯管进行了大量试验研究.研究发现,通过对该装置中磁致伸缩传感器的放置位置及方向进行适当调整,此装置即可在管道中激发纵向导波;该技术对管道壁厚减薄、磨损或腐蚀、裂纹、焊缝等缺陷同样具有检测能力;选择低频(20~40 kHz)激励脉冲信号有利于减少波的发散特性和提高缺陷的检测能力;导波在管道中传播衰减缓慢,适用于长距离、大范围、快速、非接触管道检测.     

L(0,1)模态导波在小管径管道弯头处的散射特性

采用实验和有限元模拟的方法研究了L(0,1)模态导波在小管径管道弯头处的模态转换和反射、透射特性,分别使用不同频率的激励信号对含不同弯曲半径弯头的管道进行检测。研究结果表明:L(0,1)模态导波在管道弯头处发生模态转换,转换成F(1,1)模态,并且其偏振方向与弯头拱背—拱腹方向一致;随着检测频率和弯曲半径的增大,反射F(1,1)模态呈减小趋势,透射F(1,1)模态呈非单调变化趋势;反射L(0,1)模态导波呈减小趋势,透射L(0,1)模态导波呈增大趋势;当检测频率或弯曲半径增大到一定程度时,两参数的变化对反射F(1,1)模态、反射L(0,1)模态和透射L(0,1)模态的影响不大。实验结果与模拟结果吻合度高,验证了模拟结果的正确性。研究结论为检测小管径含弯头管道提供了理论指导。     

基于模态分析方法的管道导波频散曲线计算

推导了管道中导波传播的有限元方程,使用 ANSYS 有限元软件建立了管道模型;对导波进行模态分析,得到了管道模型的一系列特征频率与振型,通过对管道振型的模态识别,提取了管道中各模态导波的模态特征,计算得到了管道中导波的频散曲线,该曲线与解析法所得到的频散曲线相吻合。该方法可以应用于周期性重复组合的任何结构（如横截面固定的杆、板、管）中导波的频散曲线计算。     

基于磁致伸缩式超声导波测温技术基础研究

温度是科学研究中最普遍的物理量,也是生产精密仪器的重要参数,然而国内对于高温环境除热电偶测温传感器外尚无可靠的原位测试方法。依据超声导波测温的原理,设计出一套基于磁致伸缩效应的超声导波测温装置,测试了该装置在常温以及常温(12℃)~600℃的运行情况。实验表明,该装置可以在高温环境下稳定运行,并且得到常温(12℃)~600℃范围内的起始声波和端面回波之间时间间隔△t与介质温度之间的对应关系,为2 000℃以上的高温测量奠定了基础。     

分离谱处理方法在L(0,2)模式超声导波管道检测中的应用

超声导波无损检测技术在管道检测过程中,由于超声导波存在频散和多模式特征,其遇到管道边界和不规则缺陷通常会发生模式转换,导致检测信号分辨率降低。为了将L(0,2)模式导波与其他模式导波分离,提升检测信号分辨率,提出使用分离谱处理方法处理L(0,2)模式超声导波检测信号。在分析该方法工作原理的基础上,优化了其滤波器参数,处理管道不同周向缺陷的检测信号,以信噪比和缺陷杂波比为标准,选择了具有最佳分离效果的SSP信号重组方法。研究结果表明：SSP可以将L(0,2)模式导波与其他模式导波分离,并只保留L(0,2)模式导波;与处理前信号相比,分离谱处理方法信号的分辨率得到了提升,信噪比和缺陷杂波比分别提高了约1.08倍和4.39倍。     

管道弯头对F(1,1)模态导波传播特性影响研究

为研究管道弯头对非轴对称弯曲波传播特性的影响,采用数值模拟方法研究了不同方向F(1,1)模态导波在弯头处的模态转换和散射特性。研究结果表明:不同方向的F(1,1)模态导波会产生不同的模态转换,其与弯头拱背-拱腹的夹角越大,模态转换程度越大,而夹角为0°时无模态转换产生;弯头会改变F(1,1)模态导波的方向并对散射F(1,1)模态导波幅值产生影响;不同于轴对称导波,影响弯曲波在弯头处反射和透射系数的因素除了弯曲半径和频率外,还有弯曲波激励角度。     

变负载下超磁致伸缩作动器非线性动力特性分析

针对应用于混合隔振系统的超磁致伸缩作动器,建立了其耦合磁弹性的动力学方程。在磁致伸缩材料二次畴转模型和均质能量场磁滞模型基础上,分别分析了变应力对Terfenol-D材料饱和磁致伸缩、磁滞算子、矫顽场分布函数以及交互场密度分布函数的影响,并通过实验数据进行最小二乘参数识别和多项式拟合得到了考虑变应力的二次畴转模型和均质能量场磁滞模型,该模型可以有效地应用于变负载下Terfenol-D杆磁致伸缩的计算。通过对作动器耦合磁弹性动力学方程进行数值求解,得到不同频率及不同应力下外部激励磁场与作动器输出位移之间迟滞非线性关系。结果表明:相同频率下增大负载力,滞回环倾斜角度不变但其面积增加,作动器能量转换效率降低,同时负载力对作动器的幅频特性影响十分明显。     

超磁致伸缩材料特性及其工程应用综述

超磁致伸缩材料是实现电磁能-机械能二者能量和信息高效转换的功能材料。介绍超磁致伸缩材料的特性及器件优异的性能,较全面综述超磁致伸缩材料在各个领域的应用与开发情况,分析开发超磁致伸缩器件需要解决的若干关键技术问题,展望超磁致伸缩材料广阔的应用和发展前景。     

采用B18R065取向硅钢片的配电变压器振动与噪声数值计算

振动与噪声是新型配电变压器设计与研制过程中必须关注的关键问题。为此,首先分别测量了B18R065牌号硅钢片的磁滞回线与磁致伸缩曲线,采用有限元方法分析了空载条件下配电变压器铁心磁场分布与变化规律,据此计算了不同时刻铁心磁致伸缩应变;然后,基于热应力模拟方法,将磁致伸缩应变等效为温度载荷输入三维瞬态机械分析模型,计算出配电变压器铁心、油箱的振动位移分布及其随时间的变化规律;再次,将位移计算结果作为激励源,建立了配电变压器三维声场谐分析数值模型,对配电变压器周围声场进行仿真分析;最后,设计并研制了采用B18R065新型牌号硅钢片的10 kV三相油浸式配电变压器原型,并在半消声室内进行了噪声测试试验,验证了配电变压器声场数值计算结果的有效性。结果表明：配电变压器原型空载噪声不超过42.0 dB(A)。     

管道导波无损检测回波信号处理方法研究

简述了导波在管道中传播的频散特性,给出了管道导波无损检测实验信号特征.对管道导波检测的回波信号首先进行Hilbert变换,然后对变换后的信号分别进行加窗函数滤波和小波变换,处理后的缺陷信号明显易于辨别.经过分析比较,结果表明了这两种组合方法用于管道导波无损检测信号处理的效果基本一样,在实际检测应用中,选取其中任一组合方法都是可行的.     

超长波磁场接收天线磁致伸缩噪声研究

研究了海水中超长波拖曳磁场接收天线在地磁场中产生磁致伸缩噪声的机理,导出了计算磁场拖曳天线磁致伸缩噪声功率谱的理论公式,分析了天线灵敏度、电缆特性、地磁场等因素对磁致伸缩噪声的影响.用理论公式对拖曳天线磁致伸缩噪声电压进行了实例计算.试验测试结果表明,计算曲线与测量曲线基本一致,证明了理论公式的正确性.     

预应力作用超磁致伸缩材料磁滞回线的温度敏感性分析

超磁致伸缩材料Terfenol-D具有应力温度敏感特性。通过循环油浴加热的实验方法,测量超磁致伸缩材料在力热磁耦合下的磁滞回线,发现预应力的增加有效降低了温度对材料低磁场性能的影响,材料显示了良好的低磁场温度稳定性能。试件在高预应力120 MPa、磁场强度300 kA/m的条件,磁化强度出现先增大后减小的现象,磁化衰减幅度得到减弱。     

基于杂草算法的超磁致伸缩作动器耦合模型识别

考虑磁滞损耗、动态应力等因素的超磁致伸缩作动器磁滞模型可有效揭示电-磁-机-热多场耦合效应,但准确识别其非线性模型往往存在较大困难。智能杂草算法具有激烈的竞争机制和较强的搜索能力,可用于解决作动器多目标物理参数辨识问题。传统算法的种子数量以线性方式产生且分布方差与适应度缺乏联系,极大地影响了算法收敛速度和模型识别精度。为此,提出一种非线性繁殖和分布的混合改进杂草算法,并将其应用于超磁致伸缩作动器模型识别。实验表明:改进算法具有较强的噪声抑制能力,能精确辨识含有噪声扰动的作动器磁滞非线性模型物理参数;模型预测值和实验数据误差较小,所识别参数可使磁滞非线性模型较为全面地描述作动器多场耦合机理和动态特性。     

超声导波在管道中传播的可视化模拟研究

利用有限元方法建立管道导波3-D模型,通过在管道中激励纵向超声波,模拟导波在管道中的传播形态。根据回波信号的传播时间计算了纵波传播速度,与频散曲线得到的纵波速度符合较好。从观测点取得的波信号能够反映超声波在管道中传播时存在的反射和衰减现象,动画结果能够形象直观地反映导波在管道中传播的情形,实现了导波传播的可视化模拟。该研究有利于更好地解释导波在管道无损检测中出现的频散特征。     

检测探头提离效应对管道漏磁检测影响分析

在管道漏磁检测中,检测探头的提离效应对管道缺陷漏磁检测性能影响较大.在对漏磁检测探头提离效应影响因素分析的基础上,分析了管道漏磁检测探头提离效应影响特性;通过建立的模拟漏磁检测探头提离效应影响分析的实验装置系统,提取了传感器、磁化器在不同提离情况下的检测信号.根据实测数据,研究了漏磁检测过程中提离值对漏磁信号的影响趋势...     

磁致伸缩材料及其作动器设计

对磁致伸缩材料的伸缩性能进行了测试．用磁致伸缩材料设计主动振动控制作动器,解决了作动器的发热问题,设计了偏磁场和可控的交变磁场及相应的电场．校验证明,所研制的作动器具有频响范围广、作用力大等优点．