基于电磁超声钢结构缺陷检测技术研究

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1、分类号：TM153密级：公开UDC：621.3编号：201421401064河北工业大学硕士学位论文基于电磁超声钢结构缺陷检测技术研究论文作者：刘亚洲学生类别：全日制学科门类：工学领域名称：电气工程指导教师：刘素贞职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金(51307043)河北省自然科学基金(E2016202260)ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringRESEARCHONDEFECTIONOFSTEELSTRCUTURE

2、BASEDONELECTROMAGNETIACOUSTICbyLiuYazhouSupervisor:Prof.LiuSuzhenDecember2016ThisworksupportedbytheNaturalScienceFoundationofChina(51307043)andtheHebeiProvinceNaturalScienceFoundationofChina(E2016202260).摘要钢结构已成为各行各业不可缺少的原材料,其质量的优劣将直接影响产品的性能和质量。然而在钢材制造过程中不可避免地会出现裂纹、孔洞、腐蚀以及板材焊接过程

3、中存在的各种缺陷。这些缺陷的存在会使结构的强度和稳定性能急剧下降。因此对于此类缺陷的检测显得至关重要。本文主要研究内容如下：1.利用COMSOL建立了基于电磁超声钢结构表面波的有限元模型，分析比较了在钢结构中洛伦兹力和磁致伸缩力之间的关系，研究了磁场强度、激励电流幅值、激励电流频率、激励电流周期数对表面波幅值的影响。并对钢结构裂纹缺陷的深度以及埋深特性进行了分析和研究。本章还对表面波波换能器的参数进行了优化。2.对钢板中Lamb波和SH导波进行了仿真分析。建立了电磁超声Lamb波的二维仿真模型，分析了不同入射波在不同缺陷类型下Lamb波透射系数和反射系

4、数的变化趋势及Lamb波遇到不同缺陷时的模式转换特性。对SH导波在焊缝缺陷和裂纹缺陷检测中的传播特性进行了分析，进一步说明了SH导波在缺陷检测中的无频散和无模式转换特性，为缺陷的检测提供了理论基础。3.利用电磁超声检测系统对钢结构中常见的缺陷进行了检测。验证了电磁超声表面波在检测钢结构表面和近表面缺陷的可行性、Lamb波在钢结构薄板缺陷检测中的模式转换特性、SH导波在钢结构焊缝缺陷检测中的非模式转换特性。关键词：钢结构电磁超声换能器有限元仿真缺陷检测IABSTRACTSteelstructurehasbecometheindispensablerawm

5、aterialsofallwalksoflife.Thequalityoftheproductwilldirectlyaffecttheperformanceandqualityoftheproduct.However,itisinevitablethattherewillbecracks,holes,corrosionandvariousdefectsintheweldingprocess.Thestrengthandthestabilityofthestructurecanbedeclinedsharplybytheexistenceofthese

6、defectsinperformance.Soitiscriticaltodetectsuchdefects.Themainresearchcontentisasfollows:1.ThefiniteelementelectromagneticultrasonicsurfacewavesteelstructuremodelwasestablishedbyCOMSOLsoftware.TherelationshipbetweentheLorenzforceandthemagnetostrictiveforceinthesteelstructureisan

7、alyzedandcompared.Alsotheeffectsofmagneticfieldintensity,excitationcurrentamplitude,excitationcurrentfrequencyandexcitationcurrentperiodontheamplitudeofthesurfacewavearestudied,Thedepthandtheburieddepthcharacteristicsofthecrackdefectswereanalyzedandstudied.2.TheLambwaveandSHguid

8、edwaveinsteelplatearesimulatedandanalyzed.A2Dsi