基于移动/振动的磁记忆钢轨应力集中和裂纹检测技术研究
发布时间：2023-11-04 10:00
钢轨作为铁磁性材料之一是铁路交通运输中的基础,长期服役过程中,受到外部载荷的作用会发生弹塑性变形形成应力集中区或宏观裂纹,进而引发安全事故,因此对钢轨的无损评估有着十分重要的意义。本文针对实际工程应用中检测条件的不同,研究了移动和振动测量条件下的磁记忆检测技术,并应用于钢轨的应力集中及裂纹检测。主要从以下几方面展开研究:(1)针对磁记忆信号与应力集中之间定量关系的理论模型尚不完善的问题,研究了磁记忆效应的力磁耦合关系,并进行相关建模与仿真。基于磁偶极子理论,建立了应力集中和裂纹缺陷的漏磁场模型,数值分析了缺陷参数与漏磁场之间的关系,为后续实验提供理论依据。(2)研究了探头相对于构件表面平行移动时,构件表面法向磁记忆信号的特征,分析了探头移动速度对磁记忆信号的影响;以及非移动状态下,为提高信噪比而采用的振动扫描构件表面法向磁场梯度的磁记忆方法,推导了传感器输出与法向磁场梯度的关系;搭建了移动/振动的磁记忆双模式检测系统并对各个模块的设计原理进行详细介绍。(3)利用磁记忆法对Q235钢棒进行了拉伸时的应力集中测试实验,研究了法向磁场梯度与应力集中系数的关系。对人工裂纹钢轨样例及自然损伤裂纹...
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 钢轨检测的必要性
1.1.2 钢轨中应力和裂纹分类
1.2 铁磁性构件无损检测技术概述
1.2.1 超声波检测
1.2.2 漏磁检测
1.2.3 磁粉检测
1.2.4 磁记忆检测
1.2.5 涡流检测
1.3 磁记忆检测国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 论文的主要工作与内容组织安排
第二章 金属磁记忆检测基本理论
2.1 铁磁性物质的基本性质
2.1.1 物质的磁性来源
2.1.2 力学特性
2.1.3 磁化曲线和磁滞回线
2.1.4 自发磁化
2.2 金属磁记忆检测机理
2.2.1 磁记忆效应
2.2.2 磁机械效应
2.2.3 基于磁机械效应的自有漏磁场理论
2.2.4 基于微磁化的磁导率变化理论
2.2.5 基于磁偶极子的漏磁场物理模型
2.3 本章小结
第三章 金属磁记忆力磁耦合关系建模与仿真
3.1 力磁耦合建模与仿真理论知识
3.1.1 第一性原理
3.1.2 密度泛函理论
3.1.3 力磁耦合关系算法
3.2 磁记忆效应的第一性原理计算
3.2.1 磁记忆效应的力磁耦合模型
3.2.2 力磁耦合模型优化
3.2.3 建模与仿真步骤
3.3 磁记忆效应力磁耦合关系研究
3.4 本章小结
第四章 金属磁记忆检测系统设计
4.1 金属磁记忆检测硬件框架
4.1.1 系统原理框图
4.1.2 基于磁场梯度测量的振动法介绍
4.1.3 传感器输出与法向磁场梯度关系
4.1.4 移动法检测介绍与速度影响分析
4.1.5 传感器选型
4.2 振动模式硬件电路设计
4.2.1 信号发生器电路
4.2.2 压电双晶片升压驱动模块
4.2.3 信号预处理电路
4.2.4 正交矢量锁相放大模块
4.3 移动模式硬件电路设计
4.4 电源模块
4.5 磁记忆软件设计模块
4.5.1 信号采集模块
4.5.2 上位机开发环境
4.5.3 上位机界面程序设计
4.6 本章小结
第五章 金属磁记忆检测实验研究
5.1 移动振动检测对比实验
5.1.1 人工裂纹缺陷钢轨实验设计
5.1.2 实验结果对比分析
5.2 钢轨自然损伤裂纹检测实验
5.2.1 自然损伤检测实验
5.2.2 实验结果分析
5.2.3 重复性实验对比分析
5.3 法向磁场梯度与应力关系
5.3.1 拉伸实验设计
5.3.2 实验结果分析
5.4 钢轨高速巡检实验
5.4.1 高速巡检实验平台
5.4.2 检测装置及设备
5.4.3 实验结果分析
5.4.4 实验影响因素分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3860080
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
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摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 钢轨检测的必要性
1.1.2 钢轨中应力和裂纹分类
1.2 铁磁性构件无损检测技术概述
1.2.1 超声波检测
1.2.2 漏磁检测
1.2.3 磁粉检测
1.2.4 磁记忆检测
1.2.5 涡流检测
1.3 磁记忆检测国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 论文的主要工作与内容组织安排
第二章 金属磁记忆检测基本理论
2.1 铁磁性物质的基本性质
2.1.1 物质的磁性来源
2.1.2 力学特性
2.1.3 磁化曲线和磁滞回线
2.1.4 自发磁化
2.2 金属磁记忆检测机理
2.2.1 磁记忆效应
2.2.2 磁机械效应
2.2.3 基于磁机械效应的自有漏磁场理论
2.2.4 基于微磁化的磁导率变化理论
2.2.5 基于磁偶极子的漏磁场物理模型
2.3 本章小结
第三章 金属磁记忆力磁耦合关系建模与仿真
3.1 力磁耦合建模与仿真理论知识
3.1.1 第一性原理
3.1.2 密度泛函理论
3.1.3 力磁耦合关系算法
3.2 磁记忆效应的第一性原理计算
3.2.1 磁记忆效应的力磁耦合模型
3.2.2 力磁耦合模型优化
3.2.3 建模与仿真步骤
3.3 磁记忆效应力磁耦合关系研究
3.4 本章小结
第四章 金属磁记忆检测系统设计
4.1 金属磁记忆检测硬件框架
4.1.1 系统原理框图
4.1.2 基于磁场梯度测量的振动法介绍
4.1.3 传感器输出与法向磁场梯度关系
4.1.4 移动法检测介绍与速度影响分析
4.1.5 传感器选型
4.2 振动模式硬件电路设计
4.2.1 信号发生器电路
4.2.2 压电双晶片升压驱动模块
4.2.3 信号预处理电路
4.2.4 正交矢量锁相放大模块
4.3 移动模式硬件电路设计
4.4 电源模块
4.5 磁记忆软件设计模块
4.5.1 信号采集模块
4.5.2 上位机开发环境
4.5.3 上位机界面程序设计
4.6 本章小结
第五章 金属磁记忆检测实验研究
5.1 移动振动检测对比实验
5.1.1 人工裂纹缺陷钢轨实验设计
5.1.2 实验结果对比分析
5.2 钢轨自然损伤裂纹检测实验
5.2.1 自然损伤检测实验
5.2.2 实验结果分析
5.2.3 重复性实验对比分析
5.3 法向磁场梯度与应力关系
5.3.1 拉伸实验设计
5.3.2 实验结果分析
5.4 钢轨高速巡检实验
5.4.1 高速巡检实验平台
5.4.2 检测装置及设备
5.4.3 实验结果分析
5.4.4 实验影响因素分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3860080
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