基于磁特性參數(shù)的鋼絲繩張力檢測(cè)仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、鋼絲繩廣泛砬用于礦山、電梯、索道等多個(gè)領(lǐng)域，其作為主要的承受拉力的構(gòu)件，在服役過(guò)程中將不可避免的會(huì)受到一些損傷，從而使其在承受力的作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，引起局部失效，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致突然斷裂，引起重大事故的發(fā)生。因此，研究鋼絲繩實(shí)際受力狀態(tài)對(duì)其材料性質(zhì)變化的影響具有重要的意義。
　　本文在查閱了大量有關(guān)鋼絲繩張力檢測(cè)的中英文文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，著重研究了基于磁力耦合法的鋼絲繩張力檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)理論分析、有限元仿真和實(shí)驗(yàn)研究，分析了該檢

2、測(cè)技術(shù)在對(duì)鋼絲繩張力檢測(cè)時(shí)的基本理論方法和實(shí)用性。本文已完成工作如下:
　　(1)由于鋼絲繩的結(jié)構(gòu)成分屬于鐵磁性材料，因此本文結(jié)合鐵磁學(xué)理論，從微觀結(jié)構(gòu)（磁疇和磁疇壁）分析了應(yīng)力對(duì)鋼絲繩組成材料的影響，得出施加張力產(chǎn)生的應(yīng)力集中會(huì)使鋼絲繩的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使其磁特性參數(shù)發(fā)生改變的結(jié)論，并從鋼絲繩微觀結(jié)構(gòu)的角度闡述了鋼絲繩的磁化過(guò)程以及應(yīng)力對(duì)磁化過(guò)程的影響。
　　(2)通過(guò)逆磁致伸縮效應(yīng)解釋了力與材料伸縮以及其磁參數(shù)變化

3、的規(guī)律，分析了在外磁場(chǎng)和應(yīng)力的作用下鋼絲繩材料能量的變化規(guī)律。根據(jù)朗之萬(wàn)理論和Jiles-Atherton理論建立了應(yīng)力對(duì)鋼絲繩磁特性參數(shù)影響的數(shù)學(xué)模型，并分析了基于磁參數(shù)鋼絲繩張力檢測(cè)方法的基本原理和方法。
　　(3)在簡(jiǎn)述了基于磁參數(shù)鋼絲繩拉力檢測(cè)傳感器設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)本文實(shí)驗(yàn)所用到的實(shí)驗(yàn)試件和相關(guān)要求，完成了鋼絲繩拉力檢測(cè)傳感器的設(shè)計(jì)，并利用有限元軟件對(duì)其進(jìn)行了分析。
　　(4)通過(guò)Matlab對(duì)已建立的數(shù)學(xué)模型

4、進(jìn)行計(jì)算得到不同應(yīng)力下的磁參數(shù)，將其作為已知條件帶入有限元軟件ANSYS中進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)建立跑道型線圈，設(shè)定線圈匝數(shù)，產(chǎn)生激勵(lì)電流，試件置于感生磁場(chǎng)中被磁化加載的方式進(jìn)行計(jì)算。本文分別對(duì)具有不同裂紋深度的試件進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬結(jié)果表明:相同裂紋深度的試件（或無(wú)損傷試件），磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨張力的增大而增大，且二者具有很好的線性關(guān)系;當(dāng)對(duì)試件施加相同大小的張力時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度值與裂紋深度值呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系;當(dāng)試件不受力（即張力值為零）時(shí)，磁感

5、應(yīng)強(qiáng)度值與裂紋深度值具有線性相關(guān)關(guān)系;當(dāng)無(wú)損傷試件與有損傷試件（取裂紋深度為0.5mm的損傷試件）相比較時(shí)，試件受到損傷后其磁感應(yīng)強(qiáng)度在相同張力作用下會(huì)增大;試件磁導(dǎo)率的大小隨張力的增大而增大。
　　(5)設(shè)計(jì)并搭建了基于磁特性參數(shù)的張力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。磁測(cè)量張力無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)主要包括傳感器、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理擬合系統(tǒng)等。采用萬(wàn)能拉伸機(jī)對(duì)不同裂紋深度的試件逐級(jí)加載進(jìn)行拉伸，經(jīng)本文設(shè)計(jì)的拉力檢測(cè)傳感器輸出感應(yīng)