不銹鋼板厚度減薄是造成不銹鋼板完整性和適用性退化的主要原因之一。不銹鋼板的均勻腐蝕會導(dǎo)致不銹鋼板厚度均勻減薄,質(zhì)量減小。因此,對不銹鋼板均勻腐蝕進行有效監(jiān)測具有十分重要的意義。然而,目前對不銹鋼板均勻腐蝕的有效監(jiān)測充滿困難和挑戰(zhàn)。提出了一種基于機電阻抗技術(shù)的不銹鋼板均勻腐蝕監(jiān)測方法。通過推導(dǎo)在單個表面粘貼的壓電傳感器激勵下的簡支薄不銹鋼板的等效機械導(dǎo)納,提出了將導(dǎo)納曲線中彎曲振動模態(tài)的共振頻率的變化（-Δf）作為評價不銹鋼板均勻腐蝕損傷的敏感指標(biāo),使用-Δf與真實腐蝕程度之間的定量關(guān)系量化和預(yù)測不銹鋼板的均勻腐蝕程度。通過實驗證明了所提方法的有效性和可靠性。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

實驗設(shè)置

式中: w,u,v分別為不銹鋼板的撓度函數(shù)、 x向和y向的位移函數(shù); m,n,p,q為模態(tài)階數(shù); ? pq = Y s E π 2 4ρ s (1-υ s 2 ) ( ( p a s ) 2 +( q b s ) 2 )((3-υ s )±(1+υ s )) 、 ω mn =π 2 h s Y s E 12ρ s (1-υ s 2 ) ( ( m a s ) 2 +( n b s ) 2 ) 分別為四邊簡支的矩形薄不銹鋼板面內(nèi)自振頻率和彎曲自振頻率的復(fù)數(shù)形式; as,bs,hs分別為不銹鋼板的長度、寬度和厚度; ρ s ,υ s ,Y s E = Y ^ s E (1+η s j) 為不銹鋼板的密度、泊松比、復(fù)楊氏模量; Ν x = Ν ^ x e jωt ,Ν y = Ν ^ y e jωt ; X pq = 4 a s qπ × Ν ^ x ( cos pπx 1 a s -cos pπx 3 a s )( cos qπy 1 b s -cos qπy 3 b s ),Y pq = 4 b s pπ Ν ^ y ( cos pπx 1 a s -cos pπx 3 a s )( cos qπy 1 b s -cos qπy 3 b s ),F mn = 2 a s b s ρ s ( b s m a s n Ν ^ x + a s n b s m Ν ^ y )( cos mπx 3 a s -cos mπx 1 a s )×( cos mπy 1 b s -cos mπy 3 b s ) ; x1,x3,y1,y3為PZT邊緣的坐標(biāo)�？紤]1/4PZT與對應(yīng)的1/4不銹鋼板的相互作用,PZT的等效速度表達式為

通過分析PZT的導(dǎo)納實部和虛部曲線的變化只能定性的判斷不銹鋼板的均勻腐蝕損傷,無法量化均勻腐蝕程度。使用所提的監(jiān)測方法來定量評價不銹鋼板均勻腐蝕,首先,分別選取每個頻段中峰值最大處對應(yīng)的共振頻率,如1號不銹鋼板選取實部曲線中的共振頻率分別為94.573 kHz,128.537 kHz,160.118 kHz,選取虛部曲線中的共振頻率分別為94.554 kHz,128.462 kHz,160.08 kHz。然后,選取腐蝕前、腐蝕1天、2天、3天、4天的導(dǎo)納實部和虛部信號,計算不同腐蝕程度下的-Δf,最后,分別建立了這些共振點的-Δf與Δh、Δm之間的線性關(guān)系,根據(jù)所得到的線性關(guān)系來量化和預(yù)測不銹鋼板均勻腐蝕程度。圖4和圖5顯示,隨著不銹鋼板均勻腐蝕程度的增加,實部和虛部曲線中的共振點的-Δf都呈線性增加趨勢。-Δf與Δh、Δm之間的線性擬合都很良好,線性相關(guān)系數(shù)都能達到0.99以上。擬合的直線的截距都接近于0,當(dāng)沒有均勻腐蝕發(fā)生時,共振頻率不發(fā)生變化,說明跟實際情況較符合。同一腐蝕程度下,實部和虛部曲線中相對應(yīng)的共振點的-Δf基本相同,實部曲線中的共振點與其對應(yīng)的虛部曲線中的共振點所擬合直線的斜率的大小一致,說明實部和虛部曲線中相對應(yīng)的共振頻率對不銹鋼板均勻腐蝕的敏感性相同,從實部和虛部曲線中得到的-Δf與Δh、Δm的線性關(guān)系模型都能有效監(jiān)測不銹鋼板的均勻腐蝕,而通過統(tǒng)計學(xué)指標(biāo)量化損傷程度時,導(dǎo)納虛部信號通常比實部信號的敏感性低,且不能有效消除外界因素的影響。較高的共振頻率點對應(yīng)的斜率大于較低的共振頻率點所對應(yīng)的斜率,說明較高模態(tài)對應(yīng)的共振頻率對不銹鋼板的均勻腐蝕損傷更加敏感,在保證電導(dǎo)納信號清晰、模態(tài)密集,滿足對所需監(jiān)測均勻腐蝕范圍的有效識別的條件下,適當(dāng)選擇較高的測量頻段更有利于對不銹鋼板均勻腐蝕損傷的監(jiān)測。

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