本文關(guān)鍵詞：用于鋼軌探傷的脈沖電磁式電磁超聲體波換能器設(shè)計(jì)

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【摘要】：鐵路安全至關(guān)重要,國內(nèi)外普遍采用壓電超聲技術(shù)進(jìn)行鋼軌探傷,但其依賴聲耦合劑,檢測(cè)速度和精度受限。而采用電磁超聲技術(shù)則不需耦合劑,可以彌補(bǔ)壓電超聲的不足。但電磁超聲換能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,簡稱EMAT)通常采用永磁鐵,在鋼軌上移動(dòng)困難,容易吸附鐵屑、磨損探頭,限制了其在鋼軌探傷領(lǐng)域的應(yīng)用。針對(duì)以上不足,本文將研究用于鋼軌體波探傷的脈沖電磁式電磁超聲換能器(Pulsed Electromagnet EMAT,簡稱PE-EMAT)設(shè)計(jì)技術(shù)。針對(duì)目前體波PE-EMAT檢測(cè)性能差、能耗高、體積大的問題,通過對(duì)電磁超聲體波激發(fā)機(jī)理和PE-EMAT工作原理進(jìn)行分析,提出體波PE-EMAT的總體設(shè)計(jì)方案;分析對(duì)比換能器各部分的選型和材料,設(shè)計(jì)體波PE-EMAT的工作流程和基本結(jié)構(gòu)。針對(duì)鋼軌探傷中體波PE-EMAT工作機(jī)理復(fù)雜、分析難度大的問題,通過分析體波PE-EMAT工作物理過程,建立體波PE-EMAT有限元仿真模型。分別通過二維和三維有限元建模,仿真了體波PE-EMAT完整換能過程。針對(duì)仿真計(jì)算復(fù)雜的問題,通過優(yōu)化模型結(jié)構(gòu),將仿真時(shí)間減少了約42%。研制了脈沖磁場(chǎng)測(cè)量儀,搭建了電磁超聲實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái),通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真模型的正確性。針對(duì)體波PE-EMAT參數(shù)多、優(yōu)化設(shè)計(jì)過程復(fù)雜的問題,提出體波PE-EMAT參數(shù)選取及分析方法。該方法在仿真模型基礎(chǔ)上,分析了體波PE-EMAT各參數(shù)對(duì)探傷性能的影響,并設(shè)定其取值范圍。圍繞增強(qiáng)缺陷回波信號(hào)強(qiáng)度的優(yōu)化目標(biāo),提出體波PE-EMAT正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,確定了激發(fā)脈沖磁場(chǎng)較強(qiáng)、缺陷信號(hào)較大的體波PE-EMAT最優(yōu)參數(shù)組合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,優(yōu)化后體波PE-EMAT的缺陷信號(hào)幅值提升約95%,信噪比提升約6 d B。針對(duì)鋼軌探傷需求和PE-EMAT工作特點(diǎn),設(shè)計(jì)脈沖電磁式電磁超聲鋼軌探傷系統(tǒng)。測(cè)試了體波PE-EMAT對(duì)GTS-60型鋼軌標(biāo)準(zhǔn)試塊中典型缺陷的檢測(cè)能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的體波PE-EMAT能夠有效檢測(cè)鋼軌中直徑8 mm螺孔、深5通長線切割槽和深3通長線切割槽。該系統(tǒng)探傷性能較好,在鋼軌上移動(dòng)方便、對(duì)探頭磨損較小。本文設(shè)計(jì)的脈沖電磁式電磁超聲體波換能器為電磁超聲鋼軌探傷技術(shù)的工程化奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：鋼軌探傷 電磁超聲換能器 脈沖電磁 有限元仿真
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB552
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義9-11
• 1.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 鋼軌探傷的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 脈沖電磁式電磁超聲體波換能器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 脈沖電磁式電磁超聲體波換能器方案設(shè)計(jì)18-25
• 2.1 引言18
• 2.2 電磁超聲體波激發(fā)機(jī)理18-20
• 2.2.1 洛倫茲力機(jī)理18-20
• 2.2.2 磁致伸縮力機(jī)理20
• 2.3 脈沖電磁式電磁超聲體波換能器原理20-21
• 2.4 脈沖電磁式電磁超聲體波換能器總體方案設(shè)計(jì)21-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 脈沖電磁式電磁超聲體波換能器建模25-50
• 3.1 引言25
• 3.2 脈沖電磁式電磁超聲體波換能器多物理場(chǎng)模型25-28
• 3.3 脈沖電磁式電磁超聲體波換能器建模仿真28-39
• 3.3.1 建模流程28
• 3.3.2 EMAT聲場(chǎng)建模28-33
• 3.3.3 脈沖電磁鐵磁場(chǎng)建模33-39
• 3.4 EMAT聲場(chǎng)模型優(yōu)化39-40
• 3.5 模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證40-49
• 3.5.1 EMAT聲場(chǎng)模型驗(yàn)證40-43
• 3.5.2 脈沖磁場(chǎng)測(cè)量儀設(shè)計(jì)43-46
• 3.5.3 脈沖電磁鐵磁場(chǎng)模型驗(yàn)證46-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第4章 脈沖電磁式電磁超聲體波換能器優(yōu)化設(shè)計(jì)50-65
• 4.1 引言50
• 4.2 脈沖電磁式電磁超聲體波換能器線圈參數(shù)分析50-57
• 4.2.1 EMAT線圈性能評(píng)價(jià)依據(jù)50-52
• 4.2.2 EMAT線圈參數(shù)取值范圍52-54
• 4.2.3 EMAT線圈參數(shù)仿真分析54-57
• 4.3 EMAT線圈優(yōu)化設(shè)計(jì)57-59
• 4.4 脈沖電磁鐵本體優(yōu)化設(shè)計(jì)59-63
• 4.5 脈沖電磁式電磁超聲體波換能器優(yōu)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證63
• 4.6 本章小結(jié)63-65
• 第5章 脈沖電磁式電磁超聲鋼軌探傷系統(tǒng)設(shè)計(jì)65-73
• 5.1 引言65
• 5.2 脈沖電磁式電磁超聲鋼軌探傷系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)65-66
• 5.3 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)66-69
• 5.3.1 CPLD控制電路設(shè)計(jì)66-67
• 5.3.2 EMAT發(fā)射接收電路設(shè)計(jì)67-68
• 5.3.3 脈沖電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)68-69
• 5.4 信號(hào)處理算法設(shè)計(jì)69-70
• 5.5 鋼軌探傷實(shí)驗(yàn)70-71
• 5.6 本章小結(jié)71-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 附錄79-80
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果80-82
• 致謝82

【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉洋;項(xiàng)占琴;唐志峰;;激光超聲技術(shù)在鋼軌探傷中的應(yīng)用研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2009年10期

2 張友鵬;任遠(yuǎn);;基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)鋼軌斷裂檢測(cè)方法研究[J];鐵道工程學(xué)報(bào);2010年11期

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本文編號(hào)：874245