本書以飛機機身結(jié)構(gòu)和發(fā)動機特殊部件渦流檢測的應用研究為背景,深入研究了常規(guī)脈沖渦流檢測技術(shù)中場–路耦合建模與計算、信號特征提取及探頭設(shè)計等問題,提出了新的解決方法。主要內(nèi)容包括:復雜邊界條件下三維渦流場及電路耦合問題的理論建模與計算、弧面導體渦流檢測中提離和傾斜效應的理論分析及抑制方法、盤孔結(jié)構(gòu)裂紋渦流檢測探頭設(shè)計及其偏移干擾抑制方法等。
無損檢測是一門綜合性應用科學,它以不改變被檢測對象的狀態(tài)和使用性能為前提,應用物理理論和方法,對各種工程材料、零部件和產(chǎn)品進行有效的檢驗和測試,借以評價它們的完整性、連續(xù)性、安全可靠性及力學、物理性能等。渦流檢測屬于五大常規(guī)無損檢測技術(shù)之一,因其檢測操作具有無須耦合劑、無接觸、對人體無輻射危害等優(yōu)點,在航空工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備結(jié)構(gòu)探傷及安全性評估方面得到了極其廣泛的應用。
隨著理論技術(shù)的深入發(fā)展以及檢測需求的日益增長,渦流檢測在理論計算、信號處理、探頭設(shè)計及工程應用方面不斷創(chuàng)新,并在常規(guī)檢測手段基礎(chǔ)上發(fā)展出新的分支——脈沖渦流檢測技術(shù)。該技術(shù)采用瞬態(tài)脈沖作為激勵,具備了更深層缺陷的檢測能力,因此在國內(nèi)外研究及工程實踐領(lǐng)域日益引起重視和關(guān)注,但同時在理論建模和信號分析上也遇到了更大的挑戰(zhàn)。
在國家自然科學基金項目(51307183)資助下,作者結(jié)合多年相關(guān)科學研究和思考,以解決渦流檢測在航空工業(yè)領(lǐng)域應用中遇到的突出性問題出發(fā),從理論和實踐兩個層面對常規(guī)渦流檢測和脈沖渦流檢測做了較為系統(tǒng)的研究,結(jié)合研究成果撰寫了本書,全書共分為7章。第1章緒論,介紹渦流檢測在工業(yè)領(lǐng)域裝備檢修及安全評估中的應用以及技術(shù)發(fā)展趨勢;第2章針對渦流檢測理論計算中缺失外電路約束,與工程實踐結(jié)合不緊的問題,基于線圈磁鏈構(gòu)建了復雜邊界條件下的三維渦流場-電路耦合計算模型;第3章針對小曲率半徑弧面導體檢測中探頭提離或傾斜等強干擾的抑制問題,結(jié)合數(shù)值模型和實驗研究,提出了基于“相位旋轉(zhuǎn)”特征的干擾抑制方法;第4章針對發(fā)動機結(jié)構(gòu)中異型構(gòu)件易產(chǎn)生的應力裂紋檢測問題,設(shè)計和評估了3種結(jié)構(gòu)形式探頭及其檢測性能,并提出了盤孔結(jié)構(gòu)檢測探頭偏移干擾的抑制方法;第5章建立了層疊導體脈沖渦流檢測瞬態(tài)響應的理論計算模型,導出了n層導體瞬態(tài)感應信號的計算表達式,為脈沖渦流檢測信號的理論解釋及其逆問題研究奠定了基礎(chǔ);第6章針對提離等強干擾下脈沖渦流檢測的缺陷識別問題,分析了時-頻域信號相位特性,提出了利用“相位跳變點”進行有提離干擾情況下缺陷識別的新方法;第7章探討了脈沖渦流檢測與交變磁場測量集成技術(shù),研究了“均勻場”作用模式下多維測量,提出了基于時間-空間聯(lián)合分布特征的缺陷定量評估方法。
由于作者水平有限,雖盡嚴謹治學之態(tài)度,但難免存有錯漏和不當之處,敬請廣大讀者批評、指正,并歡迎交流討論。
張玉華,國防科技大學儀器科學與技術(shù)專業(yè)博士研究生畢業(yè),主要從事無損檢測領(lǐng)域相關(guān)的科學研究,作為負責人,主持承擔國家自然科學基金項目(項目編號:51307183)和河北省自然科學基金項目(項目編號:E2013506014),在研國防科技基金項目一項(項目編號:2004052)。陸軍工程大學石家莊校區(qū)無人機工程系講師。
第1章 緒論
1.1 概述
1.1.1 無損檢測作用及意義
1.1.2 渦流無損檢測技術(shù)優(yōu)勢
1.2 渦流檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀
1.2.1 應用發(fā)展
1.2.2 理論計算
1.2.3 干擾抑制
1.3 本書主要內(nèi)容
參考文獻
第2章 三維渦流場-電路耦合建模及計算方法
2.1 引言
2.2 渦流場計算中的電磁場理論基礎(chǔ)
2.2.1 電磁場邊值問題的確定性數(shù)學表述
2.2.2 用位函數(shù)描述一般性渦流場定解問題
2.3 三維渦流場-電路耦合的數(shù)學模型
2.3.1 三維渦流場數(shù)學模型
2.3.2 渦流線圈電路約束方程
2.3.3 基于線圈磁鏈的場-路直接耦合法
2.4 三維渦流場-電路耦合計算的有限元法
2.4.1 電磁場計算中有限元法的應用發(fā)展
2.4.2 兩種典型情況場-路耦合有限元方程
2.4.3 渦流場-電路耦合求解的具體實現(xiàn)
2.5 小結(jié)
參考文獻
第3章 曲面導體檢測提離和傾斜干擾分析及抑制
3.1 引言
3.2 求解模型建立及計算方法
3.3 放置式線圈探頭提離效應分析
3.3.1 試件形狀及曲率產(chǎn)生的附加提離
3.3.2 表面放置式線圈提離軌跡特征
3.3.3 提離干擾對缺陷檢測的影響
3.3.4 缺陷信號旋轉(zhuǎn)變化的物理解釋
3.4 放置式線圈探頭傾斜效應分析
3.4.1 線圈傾斜時的電磁耦合作用
3.4.2 探頭傾斜和提離阻抗軌跡對比
3.4.3 探頭傾斜增大引起的檢測干擾
3.5 基于“相位旋轉(zhuǎn)”的干擾抑制方法
3.6 電橋電路對檢測的影響分析
3.6.1 線圈阻抗與橋路電壓的聯(lián)系
3.6.2 接電橋電路時的干擾抑制
3.7 實驗驗證及討論
3.7.1 實驗系統(tǒng)實現(xiàn)
3.7.2 傳感器設(shè)計和制作
3.7.3 實驗結(jié)果分析
參考文獻
第4章 盤孔結(jié)構(gòu)徑向應力裂紋檢測及干擾消除
4.1 引言
4.2 盤孔徑向裂紋檢測機理
……
第5章 層疊導體脈沖渦流探頭瞬態(tài)響應理論計算
第6章 多層導體檢測提離干擾抑制及缺陷識別
第7章 脈沖渦流檢測多維測量及缺陷定量評估