本文關(guān)鍵詞：基于磁特性參數(shù)的鋼絲繩張力檢測仿真與實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 鋼絲繩 磁參數(shù) 傳感器 有限元仿真 感應(yīng)電壓

【摘要】：鋼絲繩廣泛應(yīng)用于礦山、電梯、索道等多個(gè)領(lǐng)域,其作為主要的承受拉力的構(gòu)件,在服役過程中將不可避免的會受到一些損傷,從而使其在承受力的作用時(shí)會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,引起局部失效,嚴(yán)重時(shí)將會導(dǎo)致突然斷裂,引起重大事故的發(fā)生。因此,研究鋼絲繩實(shí)際受力狀態(tài)對其材料性質(zhì)變化的影響具有重要的意義。本文在查閱了大量有關(guān)鋼絲繩張力檢測的中英文文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,著重研究了基于磁力耦合法的鋼絲繩張力檢測技術(shù)。通過理論分析、有限元仿真和實(shí)驗(yàn)研究,分析了該檢測技術(shù)在對鋼絲繩張力檢測時(shí)的基本理論方法和實(shí)用性。本文已完成工作如下:(1)由于鋼絲繩的結(jié)構(gòu)成分屬于鐵磁性材料,因此本文結(jié)合鐵磁學(xué)理論,從微觀結(jié)構(gòu)(磁疇和磁疇壁)分析了應(yīng)力對鋼絲繩組成材料的影響,得出施加張力產(chǎn)生的應(yīng)力集中會使鋼絲繩的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而使其磁特性參數(shù)發(fā)生改變的結(jié)論,并從鋼絲繩微觀結(jié)構(gòu)的角度闡述了鋼絲繩的磁化過程以及應(yīng)力對磁化過程的影響。(2)通過逆磁致伸縮效應(yīng)解釋了力與材料伸縮以及其磁參數(shù)變化的規(guī)律,分析了在外磁場和應(yīng)力的作用下鋼絲繩材料能量的變化規(guī)律。根據(jù)朗之萬理論和Jiles-Atherton理論建立了應(yīng)力對鋼絲繩磁特性參數(shù)影響的數(shù)學(xué)模型,并分析了基于磁參數(shù)鋼絲繩張力檢測方法的基本原理和方法。(3)在簡述了基于磁參數(shù)鋼絲繩拉力檢測傳感器設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上,根據(jù)本文實(shí)驗(yàn)所用到的實(shí)驗(yàn)試件和相關(guān)要求,完成了鋼絲繩拉力檢測傳感器的設(shè)計(jì),并利用有限元軟件對其進(jìn)行了分析。(4)通過Matlab對已建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算得到不同應(yīng)力下的磁參數(shù),將其作為已知條件帶入有限元軟件ANSYS中進(jìn)行計(jì)算。通過建立跑道型線圈,設(shè)定線圈匝數(shù),產(chǎn)生激勵電流,試件置于感生磁場中被磁化加載的方式進(jìn)行計(jì)算。本文分別對具有不同裂紋深度的試件進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬結(jié)果表明:相同裂紋深度的試件(或無損傷試件),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨張力的增大而增大,且二者具有很好的線性關(guān)系;當(dāng)對試件施加相同大小的張力時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度值與裂紋深度值呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系;當(dāng)試件不受力(即張力值為零)時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度值與裂紋深度值具有線性相關(guān)關(guān)系;當(dāng)無損傷試件與有損傷試件(取裂紋深度為0.5mm的損傷試件)相比較時(shí),試件受到損傷后其磁感應(yīng)強(qiáng)度在相同張力作用下會增大;試件磁導(dǎo)率的大小隨張力的增大而增大。(5)設(shè)計(jì)并搭建了基于磁特性參數(shù)的張力檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。磁測量張力無損檢測系統(tǒng)主要包括傳感器、信號發(fā)生器、功率放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理擬合系統(tǒng)等。采用萬能拉伸機(jī)對不同裂紋深度的試件逐級加載進(jìn)行拉伸,經(jīng)本文設(shè)計(jì)的拉力檢測傳感器輸出感應(yīng)電壓信號,計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度,并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了線性擬合分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相同裂紋深度的試件輸出感應(yīng)電壓幅值及磁感應(yīng)強(qiáng)度隨張力的增大而增大,二者具有線性關(guān)系;相同張力的作用下,輸出感應(yīng)電壓幅值及磁感應(yīng)強(qiáng)度隨裂紋深度的增大而增大。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真的正確性。
【關(guān)鍵詞】：鋼絲繩 磁參數(shù) 傳感器 有限元仿真 感應(yīng)電壓
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG356.45
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-14
• 第1章 緒論14-20
• 1.1 概述14-15
• 1.1.1 課題來源14
• 1.1.2 課題研究的意義14-15
• 1.2 鋼絲繩力學(xué)性能和張力檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 國內(nèi)外鋼絲繩力學(xué)性能的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 鋼絲繩張力檢測技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r16-18
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容18-20
• 第2章 鋼絲繩磁性能基本原理20-28
• 2.1 鋼絲繩的基本磁特性20-23
• 2.1.1 鋼絲繩材料屬性的確定20-21
• 2.1.2 磁疇和磁疇壁21-23
• 2.1.2.1 磁疇21-22
• 2.1.2.2 磁疇壁22-23
• 2.2 磁化過程23-25
• 2.2.1 鐵磁材料的磁化過程23-25
• 2.2.2 脈沖磁場中的磁化過程25
• 2.3 應(yīng)力對磁化過程的影響25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 第3章 基于磁特性參數(shù)的鋼絲繩張力檢測理論研究28-38
• 3.1 磁致伸縮效應(yīng)和逆磁致伸縮效應(yīng)28-30
• 3.1.1 磁致伸縮效應(yīng)28-29
• 3.1.2 逆磁致伸縮效應(yīng)29-30
• 3.2 在外磁場和應(yīng)力的作用下鐵磁體中的能量30-34
• 3.2.1 交換能30-31
• 3.2.2 磁晶各向異能31-32
• 3.2.3 磁彈性能32-33
• 3.2.4 外磁場能33
• 3.2.5 退磁場能33-34
• 3.3 磁力耦合應(yīng)力檢測數(shù)學(xué)模型的建立34-35
• 3.4 張力檢測的基本原理和方法35-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第4章 基于磁參數(shù)拉力傳感器的設(shè)計(jì)與仿真38-54
• 4.1 基于磁參數(shù)拉力傳感器的設(shè)計(jì)原理38-39
• 4.2 基于磁參數(shù)拉力傳感器的設(shè)計(jì)39-44
• 4.2.1 磁通量和磁阻的確定40-41
• 4.2.2 磁路結(jié)構(gòu)和線圈參數(shù)的確定41-44
• 4.3 基于磁參數(shù)拉力傳感器仿真分析44-52
• 4.3.1 ANSYS仿真軟件介紹及操作方式的確定44-45
• 4.3.2 基于磁參數(shù)傳感器模型仿真分析過程45-52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 第5章 鋼絲繩力-磁效應(yīng)仿真分析54-70
• 5.1 ANSYS磁場分析的基本理論54-57
• 5.1.1 電磁場的基本理論54-56
• 5.1.2 電磁場仿真分析的定解條件56-57
• 5.2 耦合場分析基本理論57-59
• 5.2.1 耦合場分析定義57
• 5.2.2 耦合場分析的類型57-59
• 5.3 ANSYS有限元磁力耦合仿真分析59-67
• 5.4 本章小結(jié)67-70
• 第6章 基于磁參數(shù)鋼絲繩張力檢測實(shí)驗(yàn)研究70-82
• 6.1 總體方案的設(shè)計(jì)和試件的制備70-72
• 6.1.1 總體方案的設(shè)計(jì)70
• 6.1.2 實(shí)驗(yàn)試件的制備70-72
• 6.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備72-75
• 6.2.1 硬件設(shè)備72-74
• 6.2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)74-75
• 6.3 張力實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析75-80
• 6.4 本章小結(jié)80-82
• 第7章 結(jié)論與展望82-84
• 7.1 論文工作總結(jié)82-83
• 7.2 研究展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文88-90
• 致謝90

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本文編號：986240