本文以高速鐵路列車輪對安全性檢測為目的,對金屬磁記憶檢測方法在輪對早期故障檢測方面的應(yīng)用進行了基礎(chǔ)性研究。重點研究內(nèi)容為“和諧號”高速列車的輪對材料25CrMo4合金結(jié)構(gòu)鋼的力—磁效應(yīng)。根據(jù)磁性物理學(xué)、金屬磁化理論和熱力學(xué)理論,分析探討了合金鋼內(nèi)部能量變化規(guī)律并建立了金屬力-磁效應(yīng)的磁化模型。以25CrMo4鋼為研究對象,分別進行了不同載荷下的非標(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣準(zhǔn)靜力拉伸實驗,進行了試樣表面漏磁場的在線測量和經(jīng)過不同程度拉伸并卸載后表面泄漏磁場的測量。與此同時,對與試樣同尺寸的板件模型進行了線彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力有限元仿真,并將其Ansys數(shù)值仿真結(jié)果與磁場測量結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明:試樣在拉伸試驗中,在試件中部漏磁場值在載荷較小時變化平緩且分布均勻,在靠近邊緣位置磁記憶信號驟增,此處與最終出現(xiàn)屈服位置是相同的,從而說明利用磁記憶方法對鐵磁構(gòu)件的應(yīng)力集中部位進行評價是切實可行的;從頻譜角度出發(fā),通過對仿真及實驗數(shù)據(jù)進行頻譜分析,探究了磁記憶信號的頻譜特征與應(yīng)力關(guān)系,發(fā)現(xiàn)重載下磁記憶信號高度抗干擾性與收斂性,此特性能為鐵路車輛安全性檢測提供極大便利;通過空間插值法拓展了有限的磁記憶信號與應(yīng)力關(guān)... 

【文章來源】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)上海市

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術(shù)路線

高速列車輪對工作于地磁場環(huán)境中，由于在無外應(yīng)力作用下構(gòu)件表面近似為光滑連續(xù)的，地球磁感線穿過構(gòu)件形成自然磁化的均勻磁疇，不會在構(gòu)件表面產(chǎn)生異常磁力線泄漏。當(dāng)有外部載荷施加與材料時，則能夠引發(fā)材料內(nèi)部產(chǎn)生磁疇的定向變化，從而產(chǎn)生部分位置的磁力線泄露，在構(gòu)件表面產(chǎn)生漏磁場。本實驗應(yīng)用 Ansys 軟件進行有限元分析需采取 APDL 參數(shù)化語言[58-62]。對于工程中應(yīng)用的仿真模型來說，模型經(jīng)常需要改進與創(chuàng)新應(yīng)用，每次分析都對該構(gòu)件進行重建模型分析需要的時間成本較高，此時便要求參數(shù)化設(shè)計語言能夠?qū)Τ醮畏治鰰r的操作記錄文件進行部分修改，便能夠完成新任務(wù)分析，有效減少了更新模型重新分析的時間成本，考慮到本實驗需要對不同載荷下的試件進行分析比對，故本實驗的模擬分析中部分步驟需要使用 APDL。為能夠體現(xiàn)不同應(yīng)力對磁記憶信號的影響程度，本模擬分析需要應(yīng)用分次耦合方式，對板件賦予預(yù)設(shè)磁導(dǎo)率，模擬其在地磁場環(huán)境下的磁分布狀態(tài)，對 25CrMo4 合金結(jié)構(gòu)鋼進行數(shù)值模擬。為方便仿真數(shù)據(jù)進行實驗對比驗證，仿真所建模型需要和靜力拉伸實驗條件要求的板件尺寸一致。板件尺寸如圖 3.1 所示。

圖 3.2 數(shù)值模擬流程Fig. 3.2 Numerical simulation process3.1.1 建立有限元模型為方便獲取與整理板件中仿真拉伸下產(chǎn)生的應(yīng)力分布與節(jié)點應(yīng)變量，靜力學(xué)仿真中需要劃分更整齊的網(wǎng)格，故選擇 solid185 單元。此單元是 8 節(jié)點 6 面體單元，某些環(huán)境下可退化為 6 節(jié)點 5 面體或 4 面體單元。Solid185 單元狀態(tài)如圖 3.3 所示。圖 3.3 solid185 單元Fig. 3.3 Solid185 element由于 25CrMo4 合金結(jié)構(gòu)鋼工作載荷下始終處于線彈性應(yīng)變狀態(tài)，故數(shù)值模擬中靜


本文編號：2957847