基于电磁超声的铁磁性材料应力及特性参数检测研究

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1、中图分类号：TB553论文编号：102870318-SX036学科分类号：080402硕士学位论文基于电磁超声的铁磁性材料应力及特性参数检测研究研究生姓名周静学科、专业测试计量技术及仪器研究方向电磁无损检测指导教师田贵云教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchontheStressandCharacteristicParametersofFerromagneticM

2、aterialBasedonElectromagneticUltrasoundAThesisinMeasuringandTestingTechnologyandInstrumentbyJingZHOUAdvisedbyProf.GuiyunTIANSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018南京航空航天大学硕士学位论文摘要铁磁性材料因其具有优良的机械性能，所以在交通运输、能源、化工以及大型机械等领域应用广泛。但由于材料内部存在应力集中和组

3、织缺陷，以及环境腐蚀和载荷疲劳等客观原因，在实际应用中也存在安全隐患。因此，铁磁性材料的应力状态及微观特性参数的无损检测成为重要课题。本文主要利用基于磁致伸缩机理的EMAT来对被测试件内部应力及微观特性进行检测分析。本文的主要研究工作包括：（1）首先，分析了电磁超声基本电、磁、声理论以及基于洛伦兹力机理的EMAT换能机理，并对基于磁致伸缩方法的EMAT应力检测及材料特性参数检测进行了细致的理论研究。（2）利用COMSOLMultiphysics多场仿真软件对EMAT换能器进行了优化设计，提高了换能器探头的能量转换效率。搭建稳定可靠的电磁超声硬件电路系统，包括发射端的高频脉冲

4、激励模块、接收端前置放大模块、阻抗调谐模块以及时域平均算法的数据采集模块。（3）设计了一个悬臂梁实验装置，以应变片检测材料的应变作为参考值，分析不同大小压应力条件下磁感应强度-超声信号幅值曲线的变化。并分别提取曲线中的第一谷值点和第一峰值点，分析压应力对以上两个特征参数的影响。（4）研究了在磁致伸缩机理条件下，不同材料硬度对磁感应强度-超声信号幅值曲线的影响。研究发现当材料硬度越小时，超声信号的幅值越大。关键词：铁磁性材料，电磁超声，磁致伸缩，应力检测，微观特性I基于电磁超声的铁磁性材料应力及特性参数检测研究ABSTRACTFerromagneticmaterialsare

5、widelyusedinthefieldsoftransportation,energy,chemicalengineeringandlargemachinerybecauseofitsexcellentmechanicalproperties.However,duetotheinternalstressconcentrationandorganizationaldefects,aswellasenvironmentalcorrosionandloadfatigueobjectivereasons,therearesecurityrisksinthepracticalapp

6、lication.Therefore,thenon-destructivetestingtostressstateandmicroscopiccharacteristicsoftheferromagneticmaterialhasbecomeanimportantissue.ThisarticlemainlyusesthemagnetostrictivemechanismoftheEMATtotesttheinternalstressandmicroscopicpropertiesofthematerial.Themainresearchworkofthispaperinc

7、ludes:(1)Thearticlefirstintroducesthebasicelectric,magnetic,acoustictheoryandtheprinciplesofelectromagneticultrasound.TheEMATtransductionmechanismbasedontheLorentzforcemechanismarealsoanalyzed.Inparticular,itdetailyintroducesthestressandmaterialpropertyparamet