鐵磁性材料電磁超聲信號(hào)的高速采集與分析.pdf

1、金屬材料由于具有強(qiáng)度高、耐高溫、制造方便等特點(diǎn)，在航空航天、鐵路運(yùn)輸、電力等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。金屬工件在惡劣的工作環(huán)境或高強(qiáng)度的工作狀態(tài)下薄弱位置易形成活性裂紋（工作載荷下可產(chǎn)生彈性波的缺陷），高強(qiáng)度材料的活性裂紋容易導(dǎo)致金屬工件突然斷裂造成設(shè)備失效甚至災(zāi)難性事故，因此對(duì)裂紋進(jìn)行檢測(cè)，判定裂紋的活性，評(píng)估裂紋的疲勞損傷程度十分必要。
　　電磁超聲換能器(Electromagnetic Acoustic Transducer，EMA

2、T)因其非接觸的檢測(cè)特點(diǎn)以及能夠激發(fā)出多種類(lèi)型的超聲波，在無(wú)損檢測(cè)和評(píng)估領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但如何用其判定裂紋的活性尚未得到廣泛的研究。電磁聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)ξ⒓?xì)裂紋進(jìn)行檢測(cè)并判定其活性，因此本文根據(jù)基于渦流的金屬裂紋電磁聲發(fā)射檢測(cè)原理，結(jié)合EMAT的換能機(jī)理，提出了一種基于EMAT的金屬裂紋電磁聲發(fā)射檢測(cè)方法。
　　本文首先在考慮磁致伸縮效應(yīng)的基礎(chǔ)上，建立了鐵磁材料唯象本構(gòu)模型，基于此建立了表面波EMAT的金屬裂紋電磁聲發(fā)射激發(fā)

3、結(jié)構(gòu)有限元分析模型，并對(duì)激發(fā)結(jié)構(gòu)中電磁場(chǎng)-力場(chǎng)-位移場(chǎng)等多場(chǎng)耦合機(jī)制進(jìn)行了仿真分析;其次基于LABVIEW的圖形化編程軟件以及MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，通過(guò)LABVIEW與MATLAB的混合編程，構(gòu)建了具有輸出激勵(lì)信號(hào)、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能于一體的虛擬儀器，結(jié)合EMAT及其電磁加載設(shè)備搭建了完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);最后，根據(jù)上述系統(tǒng)對(duì)薄金屬板的活性裂紋進(jìn)行電磁聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，采集聲發(fā)射信號(hào)，應(yīng)用小波包分解重構(gòu)及FFT變換等信號(hào)處

4、理方法，提取聲發(fā)射信號(hào)特征。
　　仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在洛倫茲力和磁致伸縮應(yīng)力共同作用下，在45＃薄鋼板樣品的裂紋尖端將引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，隨著激勵(lì)電流的線(xiàn)性增加，其力也隨之線(xiàn)性增大并使裂紋自身高頻振動(dòng)甚至尖端屈服，隨著內(nèi)部能量的快速釋放，瞬間釋放聲發(fā)射信號(hào)。將仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度隨激勵(lì)電流幅值的變化規(guī)律以及聲發(fā)射信號(hào)所在頻率范圍大致為200～300kHz，結(jié)合聲發(fā)射理論、凱瑟效應(yīng)以及斷裂力學(xué)，給出了金屬裂