本書以飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)特殊部件渦流檢測(cè)的應(yīng)用研究為背景,深入研究了常規(guī)脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)中場(chǎng)–路耦合建模與計(jì)算、信號(hào)特征提取及探頭設(shè)計(jì)等問題,提出了新的解決方法。主要內(nèi)容包括:復(fù)雜邊界條件下三維渦流場(chǎng)及電路耦合問題的理論建模與計(jì)算、弧面導(dǎo)體渦流檢測(cè)中提離和傾斜效應(yīng)的理論分析及抑制方法、盤孔結(jié)構(gòu)裂紋渦流檢測(cè)探頭設(shè)計(jì)及其偏移干擾抑制方法等。
無損檢測(cè)是一門綜合性應(yīng)用科學(xué),它以不改變被檢測(cè)對(duì)象的狀態(tài)和使用性能為前提,應(yīng)用物理理論和方法,對(duì)各種工程材料、零部件和產(chǎn)品進(jìn)行有效的檢驗(yàn)和測(cè)試,借以評(píng)價(jià)它們的完整性、連續(xù)性、安全可靠性及力學(xué)、物理性能等。渦流檢測(cè)屬于五大常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)之一,因其檢測(cè)操作具有無須耦合劑、無接觸、對(duì)人體無輻射危害等優(yōu)點(diǎn),在航空工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備結(jié)構(gòu)探傷及安全性評(píng)估方面得到了極其廣泛的應(yīng)用。
隨著理論技術(shù)的深入發(fā)展以及檢測(cè)需求的日益增長(zhǎng),渦流檢測(cè)在理論計(jì)算、信號(hào)處理、探頭設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用方面不斷創(chuàng)新,并在常規(guī)檢測(cè)手段基礎(chǔ)上發(fā)展出新的分支——脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)采用瞬態(tài)脈沖作為激勵(lì),具備了更深層缺陷的檢測(cè)能力,因此在國(guó)內(nèi)外研究及工程實(shí)踐領(lǐng)域日益引起重視和關(guān)注,但同時(shí)在理論建模和信號(hào)分析上也遇到了更大的挑戰(zhàn)。
在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51307183)資助下,作者結(jié)合多年相關(guān)科學(xué)研究和思考,以解決渦流檢測(cè)在航空工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中遇到的突出性問題出發(fā),從理論和實(shí)踐兩個(gè)層面對(duì)常規(guī)渦流檢測(cè)和脈沖渦流檢測(cè)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(cè)在工業(yè)領(lǐng)域裝備檢修及安全評(píng)估中的應(yīng)用以及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì);第2章針對(duì)渦流檢測(cè)理論計(jì)算中缺失外電路約束,與工程實(shí)踐結(jié)合不緊的問題,基于線圈磁鏈構(gòu)建了復(fù)雜邊界條件下的三維渦流場(chǎng)-電路耦合計(jì)算模型;第3章針對(duì)小曲率半徑弧面導(dǎo)體檢測(cè)中探頭提離或傾斜等強(qiáng)干擾的抑制問題,結(jié)合數(shù)值模型和實(shí)驗(yàn)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中異型構(gòu)件易產(chǎn)生的應(yīng)力裂紋檢測(cè)問題,設(shè)計(jì)和評(píng)估了3種結(jié)構(gòu)形式探頭及其檢測(cè)性能,并提出了盤孔結(jié)構(gòu)檢測(cè)探頭偏移干擾的抑制方法;第5章建立了層疊導(dǎo)體脈沖渦流檢測(cè)瞬態(tài)響應(yīng)的理論計(jì)算模型,導(dǎo)出了n層導(dǎo)體瞬態(tài)感應(yīng)信號(hào)的計(jì)算表達(dá)式,為脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)的理論解釋及其逆問題研究奠定了基礎(chǔ);第6章針對(duì)提離等強(qiáng)干擾下脈沖渦流檢測(cè)的缺陷識(shí)別問題,分析了時(shí)-頻域信號(hào)相位特性,提出了利用“相位跳變點(diǎn)”進(jìn)行有提離干擾情況下缺陷識(shí)別的新方法;第7章探討了脈沖渦流檢測(cè)與交變磁場(chǎng)測(cè)量集成技術(shù),研究了“均勻場(chǎng)”作用模式下多維測(cè)量,提出了基于時(shí)間-空間聯(lián)合分布特征的缺陷定量評(píng)估方法。
由于作者水平有限,雖盡嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)之態(tài)度,但難免存有錯(cuò)漏和不當(dāng)之處,敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)、指正,并歡迎交流討論。
張玉華,國(guó)防科技大學(xué)儀器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)博士研究生畢業(yè),主要從事無損檢測(cè)領(lǐng)域相關(guān)的科學(xué)研究,作為負(fù)責(zé)人,主持承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):51307183)和河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):E2013506014),在研國(guó)防科技基金項(xiàng)目一項(xiàng)(項(xiàng)目編號(hào):2004052)。陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)無人機(jī)工程系講師。
第1章 緒論
1.1 概述
1.1.1 無損檢測(cè)作用及意義
1.1.2 渦流無損檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1.2 渦流檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀
1.2.1 應(yīng)用發(fā)展
1.2.2 理論計(jì)算
1.2.3 干擾抑制
1.3 本書主要內(nèi)容
參考文獻(xiàn)
第2章 三維渦流場(chǎng)-電路耦合建模及計(jì)算方法
2.1 引言
2.2 渦流場(chǎng)計(jì)算中的電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)
2.2.1 電磁場(chǎng)邊值問題的確定性數(shù)學(xué)表述
2.2.2 用位函數(shù)描述一般性渦流場(chǎng)定解問題
2.3 三維渦流場(chǎng)-電路耦合的數(shù)學(xué)模型
2.3.1 三維渦流場(chǎng)數(shù)學(xué)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(chǎng)-路直接耦合法
2.4 三維渦流場(chǎng)-電路耦合計(jì)算的有限元法
2.4.1 電磁場(chǎng)計(jì)算中有限元法的應(yīng)用發(fā)展
2.4.2 兩種典型情況場(chǎng)-路耦合有限元方程
2.4.3 渦流場(chǎng)-電路耦合求解的具體實(shí)現(xiàn)
2.5 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章 曲面導(dǎo)體檢測(cè)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(jì)算方法
3.3 放置式線圈探頭提離效應(yīng)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(duì)缺陷檢測(cè)的影響
3.3.4 缺陷信號(hào)旋轉(zhuǎn)變化的物理解釋
3.4 放置式線圈探頭傾斜效應(yīng)分析
3.4.1 線圈傾斜時(shí)的電磁耦合作用
3.4.2 探頭傾斜和提離阻抗軌跡對(duì)比
3.4.3 探頭傾斜增大引起的檢測(cè)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(duì)檢測(cè)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(shí)的干擾抑制
3.7 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及討論
3.7.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3.7.2 傳感器設(shè)計(jì)和制作
3.7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
參考文獻(xiàn)
第4章 盤孔結(jié)構(gòu)徑向應(yīng)力裂紋檢測(cè)及干擾消除
4.1 引言
4.2 盤孔徑向裂紋檢測(cè)機(jī)理
……
第5章 層疊導(dǎo)體脈沖渦流探頭瞬態(tài)響應(yīng)理論計(jì)算
第6章 多層導(dǎo)體檢測(cè)提離干擾抑制及缺陷識(shí)別
第7章 脈沖渦流檢測(cè)多維測(cè)量及缺陷定量評(píng)估