鋼絲繩應(yīng)力與損傷磁記憶信號量化關(guān)系研究

發(fā)布時間：2020-05-08 05:34

【摘要】：鋼絲繩廣泛應(yīng)用于礦山、建筑、橋梁等工程領(lǐng)域,在長期高頻工作中,存在磨損、斷絲、強度值下降、銹蝕等缺陷,如果不能及時檢測替換,鋼絲繩一旦破斷,會造成重大事故。目前金屬磁記憶檢測作為一種新興的鋼絲繩無損檢測技術(shù),可對鋼絲繩應(yīng)力集中及缺陷部位進行定位,但對其應(yīng)力狀態(tài)及損傷程度的量化關(guān)系研究不足。針對鋼絲繩應(yīng)力狀態(tài)及損傷程度的量化關(guān)系問題,本文以磁機械效應(yīng)為理論基礎(chǔ),以試驗和數(shù)值仿真技術(shù)為手段,通過“絲—股—繩”空間形態(tài)由簡單到復雜的試驗研究思路,對鋼絲繩不同應(yīng)力狀態(tài)和損傷程度的磁記憶信號變化規(guī)律做了深入研究,系統(tǒng)證明了磁機械效應(yīng)、力-磁耦合理論和磁偶極子模型理論,并針對“絲”、“股”、“繩”狀態(tài)提出了相對應(yīng)的磁記憶信號判別特征量,為鋼絲繩磁記憶檢測提供重要的理論依據(jù)。針對單絲不同缺陷參數(shù)及單絲不同受力狀態(tài)下磁記憶信號強度及應(yīng)力相關(guān)關(guān)系問題,開展了不同缺陷參數(shù)(缺陷寬度b=lmm、2mm、3mm,缺陷深度h=0.1d、0.2d、0.3d)下的單絲拉伸試驗、單絲彎曲和扭轉(zhuǎn)試驗,獲得了不同缺陷參數(shù)下及不同受力狀態(tài)下單絲各截面應(yīng)力,同時應(yīng)用磁記憶渦流檢測儀監(jiān)測各荷載步下,試件隨荷載增加時的磁記憶信號變化全過程,獲得單絲各截面的法向漏磁場強度及單絲磁記憶特征量,系統(tǒng)分析單絲各截面應(yīng)力在不同缺陷參數(shù)下及不同受力狀態(tài)下磁記憶信號變化特征,得出峰值及過零點現(xiàn)象可判別試件的缺陷位置,缺陷深度變化對磁信號幅值的影響較大;過零點位置結(jié)合梯度值曲線的極值位置可準確的定位試件缺陷位置;不對稱彎曲應(yīng)力下的磁記憶信號突變極值點現(xiàn)象,可判別鋼絲受彎時危險截面位置;磁記憶信號曲線在塑性扭轉(zhuǎn)階段的突變極值點可判斷損傷位置,磁記憶信號增量均方差關(guān)系曲線可劃分單絲塑性扭轉(zhuǎn)受力階段危險區(qū)段,可將曲線極小值點作為單絲扭轉(zhuǎn)破壞前的預警點。針對單股鋼絲繩不同缺陷工況下磁記憶信號特征量與鋼絞線損傷判別方法問題,開展不同缺陷深度下鋼絞線試件的拉伸試驗,監(jiān)測試件表面缺陷位置及光滑位置處在不同荷載等級下的磁記憶信號變化,獲得試件的整體磁記憶信號與荷載的對應(yīng)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)單純利用磁記憶信號曲線過零點現(xiàn)象并不能夠準確判別鋼絲繩缺陷位置,梯度曲線極值點判別方法在初始狀態(tài)時準確率較高,在加載階段判別效果不明顯。采用增量分析法繪制各級荷載下磁記憶信號曲線,明確構(gòu)件的增量幅值閾值,揭示增量幅值閾值與構(gòu)件工作狀態(tài)的內(nèi)在關(guān)聯(lián),建立了基于增量幅值閾值的帶損傷鋼絞線承載力安全狀態(tài)判別方法。針對鋼絲繩不同斷絲工況下整繩拉伸應(yīng)力與磁記憶信號強度演化規(guī)律問題,開展無斷絲及不同斷絲工況下鋼絲繩整繩拉伸試驗,監(jiān)測不同荷載等級下不同工況鋼絲繩磁記憶信號變化,對比分析無斷絲和有斷絲鋼絲繩磁記憶信號曲線,發(fā)現(xiàn)斷絲數(shù)量對磁記憶信號影響較為顯著。通過磁記憶信號曲線和梯度曲線的最大極值點判別了整繩的損傷位置,并通過繪制的增量均方差曲線對鋼絲繩的受力狀態(tài)進行界定,明確了不同工況下整繩拉伸應(yīng)力與磁記憶信號強度演化規(guī)律,完成了鋼絲繩早期預警工作。將缺陷及斷絲誘發(fā)的鋼絲繩損傷判別視為鋼絲繩應(yīng)力變化導致磁記憶信號改變的問題,基于磁機械效應(yīng)及力-磁耦合理論,考慮彈性階段及塑性階段磁特性參數(shù)(磁導率、矯頑力)隨鐵磁構(gòu)件應(yīng)力變化的不同規(guī)律,創(chuàng)新性地提出考慮磁導率和矯頑力影響的力-磁耦合修正模型。利用APDL語言編制數(shù)值程序,與試驗結(jié)果相比,發(fā)現(xiàn)改進模型可以較好地分析受扭鋼絲的力-磁耦合模擬問題。
【圖文】：

應(yīng)力集中處,漏磁場