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《河北工业大学》 2016年
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电磁激励下金属板裂纹缺陷的高频响应机制研究

蔡智超  
【摘要】:开展高质量、新型无损检测技术的探索工作对提高金属构件的缺陷检测效率、保证设备健康稳定运行有很强的实际意义。其中电磁应力波检测技术因具有无需耦合剂、极端环境适应性强、检测效率高等优势,受到了广泛的关注。然而,在电磁应力波检测技术中,除线性电磁超声检测有较多的研究之外,而有关电磁声发射检测和非线性电磁超声检测的研究却较少,有些关键问题尚不清楚,从而限制了该技术的推广应用。本文进行了用于铝合金裂纹的电磁应力波检测技术的研究,提出了基于线性电磁超声、电磁声发射、非线性电磁超声检测方法对不同尺度裂纹的检测方案,旨在为该技术的工程应用和推广奠定理论基础。本文主要研究工作如下:(1)电磁超声对宏观裂纹检测问题的研究:在电磁超声原理基础上,将超声点源解析与电磁-结构完整换能过程的有限元仿真相联立,而后对参数化电磁超声换能器体波特征进行分析,进而分析超声体波对体内孔洞缺陷的探测、超声表面波对表面开口裂纹检测的能力。研究结果表明,电磁超声体波、表面波对于宏观裂纹的尺寸、位置、数量等特征均具有很好的检测效果。(2)对于电磁声发射的理论研究:本文从位错动力学及自由电子理论两个方面研究了电磁载荷产生声发射效应问题,构建了电磁加载声发射能量释放理论公式。对电磁声发射参数与电磁载荷之间的关系进行了研究,利用希尔伯特-黄变换方法处理电磁声发射信号特性。研究结果表明,电磁声发射的产生是漂移电子与位错之间的能量交换并推动位错运动的结果。(3)电磁声发射与电磁超声复合检测的研究:本文提出了电磁超声-电磁声发射复合检测方案,设计了相应的复合线圈、换能器静磁场和阻抗匹配,并分析了电磁超声-电磁声发射复合检测效率,实现了复合检测中两种检测方法的优势互补。研究结果表明,复合检测中电磁声发射模式可实现长距离声发射信号特征的传输。(4)非线性电磁超声检测方法研究:本文通过将非线性超声与电磁超声技术相结合,克服传统超声对微细裂纹以及金属构件早期塑性变形检测困难的问题。分析斜入射超声波与微细裂纹非线性效应作用情况,利用仿真、实验对微细裂纹、塑性变形的超声非线性效应进行分析。研究结果表明,非线性电磁超声具有对金属构件早期损伤检测的可行性。
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG115.28

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