本书以飞机机身结构和发动机特殊部件涡流检测的应用研究为背景,深入研究了常规脉冲涡流检测技术中场–路耦合建模与计算、信号特征提取及探头设计等问题,提出了新的解决方法。主要内容包括:复杂边界条件下三维涡流场及电路耦合问题的理论建模与计算、弧面导体涡流检测中提离和倾斜效应的理论分析及抑制方法、盘孔结构裂纹涡流检测探头设计及其偏移干扰抑制方法等。
无损检测是一门综合性应用科学,它以不改变被检测对象的状态和使用性能为前提,应用物理理论和方法,对各种工程材料、零部件和产品进行有效的检验和测试,借以评价它们的完整性、连续性、安全可靠性及力学、物理性能等。涡流检测属于五大常规无损检测技术之一,因其检测操作具有无须耦合剂、无接触、对人体无辐射危害等优点,在航空工业领域设备结构探伤及安全性评估方面得到了极其广泛的应用。
随着理论技术的深入发展以及检测需求的日益增长,涡流检测在理论计算、信号处理、探头设计及工程应用方面不断创新,并在常规检测手段基础上发展出新的分支——脉冲涡流检测技术。该技术采用瞬态脉冲作为激励,具备了更深层缺陷的检测能力,因此在国内外研究及工程实践领域日益引起重视和关注,但同时在理论建模和信号分析上也遇到了更大的挑战。
在国家自然科学基金项目(51307183)资助下,作者结合多年相关科学研究和思考,以解决涡流检测在航空工业领域应用中遇到的突出性问题出发,从理论和实践两个层面对常规涡流检测和脉冲涡流检测做了较为系统的研究,结合研究成果撰写了本书,全书共分为7章。第1章绪论,介绍涡流检测在工业领域装备检修及安全评估中的应用以及技术发展趋势;第2章针对涡流检测理论计算中缺失外电路约束,与工程实践结合不紧的问题,基于线圈磁链构建了复杂边界条件下的三维涡流场-电路耦合计算模型;第3章针对小曲率半径弧面导体检测中探头提离或倾斜等强干扰的抑制问题,结合数值模型和实验研究,提出了基于“相位旋转”特征的干扰抑制方法;第4章针对发动机结构中异型构件易产生的应力裂纹检测问题,设计和评估了3种结构形式探头及其检测性能,并提出了盘孔结构检测探头偏移干扰的抑制方法;第5章建立了层叠导体脉冲涡流检测瞬态响应的理论计算模型,导出了n层导体瞬态感应信号的计算表达式,为脉冲涡流检测信号的理论解释及其逆问题研究奠定了基础;第6章针对提离等强干扰下脉冲涡流检测的缺陷识别问题,分析了时-频域信号相位特性,提出了利用“相位跳变点”进行有提离干扰情况下缺陷识别的新方法;第7章探讨了脉冲涡流检测与交变磁场测量集成技术,研究了“均匀场”作用模式下多维测量,提出了基于时间-空间联合分布特征的缺陷定量评估方法。
由于作者水平有限,虽尽严谨治学之态度,但难免存有错漏和不当之处,敬请广大读者批评、指正,并欢迎交流讨论。
张玉华,国防科技大学仪器科学与技术专业博士研究生毕业,主要从事无损检测领域相关的科学研究,作为负责人,主持承担国家自然科学基金项目(项目编号:51307183)和河北省自然科学基金项目(项目编号:E2013506014),在研国防科技基金项目一项(项目编号:2004052)。陆军工程大学石家庄校区无人机工程系讲师。
第1章 绪论
1.1 概述
1.1.1 无损检测作用及意义
1.1.2 涡流无损检测技术优势
1.2 涡流检测技术研究现状
1.2.1 应用发展
1.2.2 理论计算
1.2.3 干扰抑制
1.3 本书主要内容
参考文献
第2章 三维涡流场-电路耦合建模及计算方法
2.1 引言
2.2 涡流场计算中的电磁场理论基础
2.2.1 电磁场边值问题的确定性数学表述
2.2.2 用位函数描述一般性涡流场定解问题
2.3 三维涡流场-电路耦合的数学模型
2.3.1 三维涡流场数学模型
2.3.2 涡流线圈电路约束方程
2.3.3 基于线圈磁链的场-路直接耦合法
2.4 三维涡流场-电路耦合计算的有限元法
2.4.1 电磁场计算中有限元法的应用发展
2.4.2 两种典型情况场-路耦合有限元方程
2.4.3 涡流场-电路耦合求解的具体实现
2.5 小结
参考文献
第3章 曲面导体检测提离和倾斜干扰分析及抑制
3.1 引言
3.2 求解模型建立及计算方法
3.3 放置式线圈探头提离效应分析
3.3.1 试件形状及曲率产生的附加提离
3.3.2 表面放置式线圈提离轨迹特征
3.3.3 提离干扰对缺陷检测的影响
3.3.4 缺陷信号旋转变化的物理解释
3.4 放置式线圈探头倾斜效应分析
3.4.1 线圈倾斜时的电磁耦合作用
3.4.2 探头倾斜和提离阻抗轨迹对比
3.4.3 探头倾斜增大引起的检测干扰
3.5 基于“相位旋转”的干扰抑制方法
3.6 电桥电路对检测的影响分析
3.6.1 线圈阻抗与桥路电压的联系
3.6.2 接电桥电路时的干扰抑制
3.7 实验验证及讨论
3.7.1 实验系统实现
3.7.2 传感器设计和制作
3.7.3 实验结果分析
参考文献
第4章 盘孔结构径向应力裂纹检测及干扰消除
4.1 引言
4.2 盘孔径向裂纹检测机理
……
第5章 层叠导体脉冲涡流探头瞬态响应理论计算
第6章 多层导体检测提离干扰抑制及缺陷识别
第7章 脉冲涡流检测多维测量及缺陷定量评估