力磁耦合作用下电磁超声换能器换能效率仿真分析.pdf

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1、I违匐似力磁耦合作用下电磁超声换能器换能效率仿真分析Thesimulativeevaluationofenergyconversioneficiencyoftheelectromagneticultrasonictransducerundertheeffectoftheforcemagneticcoupling宋小春，王亚午，李羽可SONGXiao—chun，WANGYa-wu，LlYu—ke(湖北工业大学机械工程学院，武汉430068)摘要：研究了力磁耦合作用下91,}JD应力对电磁超声换能器换能效率的影响。首

2、先通过理论推导，得出外加应力下磁致伸缩材料的本构关系式，而后利用多物理场耦合有限元分析软件COMSOL分析了外加应力对电磁超声换能器换能效率的影响。结果表明：在相同磁场条件下，随着91<00应力的增加，磁致伸缩应变和电磁超声换能器换能效率均减小，当外加应力值超过材料的屈服强度时，磁致伸缩振幅趋近于零。因此，使用电磁超声检测器对存在外加应力作用下的工件进行检测时，应适当增加换能器中偏置永磁体剩余磁通密度或增加线圈激励电流大小，以保证较高的检测效率。关键词：力磁耦合；电磁超声；磁致伸缩；多物理场有限元；91,DO应力

3、；换能效率中囝分类号：TH878文献标识码：A文章编号：1009-0134(2014)08(上)-Ol02-04Doi：10．3969／J．1ssn．1009-0134．2014．o8(I-)．270引言元类比磁致伸缩效应中力磁耦合的过程，仿真磁作为油、水、气、浆液等流体运输工具之一致伸缩效应。万红尝试使用热结构分析模块中的的长输管道，常常工作在比较特殊或恶劣的环境热膨胀效应类比模拟磁致伸缩效应中磁一位移场中，经过一定时间的运行后，会出现锈蚀、腐的相互关系。Lerch[s]提出通过有限元、边界元以蚀、裂纹等缺陷。

4、为防止发生管道腐蚀穿孔、爆及多重网格法对换能器进行建模。Jian和Dixon管等恶性事故，许多国家都制定了相应的法律、历经多年时问对电磁超声在非磁性材料中的发射法规，以加强对在役管道的安全管理。但由于检与接收进行全面模拟。测手段的制约，往往造成盲目开挖、盲目报废，但上述研究均以理想构件(非承载)为对象维修缺少科学性，从而导致大量的资源浪费。而基的，未考虑外加应力对检测效果的影响。然而在于磁致伸缩效应的电磁超声检测技术由于具有长距役设备必然会受到自身残余应力或工作应力的作离、快速、可靠、经济且无须剥离外包层等优点，

5、用，力磁耦合不可避免，尽管在相关研究上取得近年来受到国内外无损检测学者的极大关注。了许多新的进展，但目前关于外加应力对电磁超Kwun[1,21利用磁致伸缩传感器对管道中缺陷进声换能器换能效率的影响问题仍然了解得很少，行检测和描述，深入研究了多种特征对象中纵向因此深入研究外加应力与磁致伸缩效应的作用关模态导波的频散特性。金建华D研制了基于磁致伸系，解决力磁耦合作用下试件裂纹检测技术的缩效应的导波传感器，讨论了传感器结构设计及“瓶颈”问题，对缩小我国在裂纹检测、评价方结构参数的选择方法。王悦民H’开发了用于磁致伸面与

6、国外的差距，具有非常重要的实际意义。缩导波检测的实验系统，验证了磁致伸缩导波检测方法的可行性。任晓可采用ANSYS仿真了电1力磁耦合作用下外加应力对磁致磁超声换能器偏置磁场和钢板内涡流的大小，并伸缩应变的影响得到传感器参数与涡流大小的关系，以此推测产根据力一磁一热多场耦合的非线性理想本构生导波的大小。靳志胜仿真分析了偏置磁场均匀模型u，如果不考虑温度效应，令△：0。则该性对电磁超声传感器的影响，并尝试使用压电单模型可简化为：收稿日期：2014-05-20基金璜目：国家自然科学基金资助项目(50875077)；湖北

7、省自然科学基金资助重点项目(2008CDA022)；南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室开放基金项目：裂纹、应力场与磁致伸缩导波的作用机制研究(ZD2(D709)作者简介：宋小春(1972一)，男，教授，博士后，研究方向为数字化无损检测技术。[102]第36卷第8期2014-08(上)l匐似2电磁超声换能器仿真模型建立电磁超声换能器激励端由永久磁铁，“回字形”线圈，被检测工件三部分组成，在线圈产生的交变磁场和永磁铁提供的偏置磁场的耦合作用I，o下，被检测工件内产生磁致伸缩效应，最终形成MS超声振动波。根据电磁

8、超声换能器的结构特征，，纠一。(2)运用COMSOLMultiphysics有限元分析软件建立电I2／t0磁超声换能器有限元分析模型，其中激励端几何式中，E为应变，H为作用磁场，九为饱和磁模型如图1所示。被检钢板材料为Q235钢，长度、致伸缩系数，M为饱和磁化强度，M为磁化强宽度和厚度分别为96mm、70mm和6mm，应力及度，0为饱和应力，0为外加应力，X为初始磁磁特性