【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(zhǎng)期高頻工作中,存在磨損、斷絲、強(qiáng)度值下降、銹蝕等缺陷,如果不能及時(shí)檢測(cè)替換,鋼絲繩一旦破斷,會(huì)造成重大事故。目前金屬磁記憶檢測(cè)作為一種新興的鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)技術(shù),可對(duì)鋼絲繩應(yīng)力集中及缺陷部位進(jìn)行定位,但對(duì)其應(yīng)力狀態(tài)及損傷程度的量化關(guān)系研究不足。針對(duì)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(jī)械效應(yīng)為理論基礎(chǔ),以試驗(yàn)和數(shù)值仿真技術(shù)為手段,通過“絲—股—繩”空間形態(tài)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的試驗(yàn)研究思路,對(duì)鋼絲繩不同應(yīng)力狀態(tài)和損傷程度的磁記憶信號(hào)變化規(guī)律做了深入研究,系統(tǒng)證明了磁機(jī)械效應(yīng)、力-磁耦合理論和磁偶極子模型理論,并針對(duì)“絲”、“股”、“繩”狀態(tài)提出了相對(duì)應(yīng)的磁記憶信號(hào)判別特征量,為鋼絲繩磁記憶檢測(cè)提供重要的理論依據(jù)。針對(duì)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(hào)強(qiáng)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(yàn)、單絲彎曲和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn),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(shí)應(yīng)用磁記憶渦流檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)各荷載步下,試件隨荷載增加時(shí)的磁記憶信號(hào)變化全過程,獲得單絲各截面的法向漏磁場(chǎng)強(qiáng)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(hào)變化特征,得出峰值及過零點(diǎn)現(xiàn)象可判別試件的缺陷位置,缺陷深度變化對(duì)磁信號(hào)幅值的影響較大;過零點(diǎn)位置結(jié)合梯度值曲線的極值位置可準(zhǔn)確的定位試件缺陷位置;不對(duì)稱彎曲應(yīng)力下的磁記憶信號(hào)突變極值點(diǎn)現(xiàn)象,可判別鋼絲受彎時(shí)危險(xiǎn)截面位置;磁記憶信號(hào)曲線在塑性扭轉(zhuǎn)階段的突變極值點(diǎn)可判斷損傷位置,磁記憶信號(hào)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(xiǎn)區(qū)段,可將曲線極小值點(diǎn)作為單絲扭轉(zhuǎn)破壞前的預(yù)警點(diǎn)。針對(duì)單股鋼絲繩不同缺陷工況下磁記憶信號(hào)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(yàn),監(jiān)測(cè)試件表面缺陷位置及光滑位置處在不同荷載等級(jí)下的磁記憶信號(hào)變化,獲得試件的整體磁記憶信號(hào)與荷載的對(duì)應(yīng)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)單純利用磁記憶信號(hào)曲線過零點(diǎn)現(xiàn)象并不能夠準(zhǔn)確判別鋼絲繩缺陷位置,梯度曲線極值點(diǎn)判別方法在初始狀態(tài)時(shí)準(zhǔn)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(jí)荷載下磁記憶信號(hào)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(duì)鋼絲繩不同斷絲工況下整繩拉伸應(yīng)力與磁記憶信號(hào)強(qiáng)度演化規(guī)律問題,開展無(wú)斷絲及不同斷絲工況下鋼絲繩整繩拉伸試驗(yàn),監(jiān)測(cè)不同荷載等級(jí)下不同工況鋼絲繩磁記憶信號(hào)變化,對(duì)比分析無(wú)斷絲和有斷絲鋼絲繩磁記憶信號(hào)曲線,發(fā)現(xiàn)斷絲數(shù)量對(duì)磁記憶信號(hào)影響較為顯著。通過磁記憶信號(hào)曲線和梯度曲線的最大極值點(diǎn)判別了整繩的損傷位置,并通過繪制的增量均方差曲線對(duì)鋼絲繩的受力狀態(tài)進(jìn)行界定,明確了不同工況下整繩拉伸應(yīng)力與磁記憶信號(hào)強(qiáng)度演化規(guī)律,完成了鋼絲繩早期預(yù)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(dǎo)致磁記憶信號(hào)改變的問題,基于磁機(jī)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(dǎo)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(dǎo)率和矯頑力影響的力-磁耦合修正模型。利用APDL語(yǔ)言編制數(shù)值程序,與試驗(yàn)結(jié)果相比,發(fā)現(xiàn)改進(jìn)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(chǎng)特點(diǎn)

技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU511.32

【參考文獻(xiàn)】

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1 吳s，

本文編號(hào)：2654208