本文關鍵詞：電磁超聲換能器多場耦合分析及實驗研究　出處：《湖北工業(yè)大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 電磁超聲換能器 多場耦合 偏置磁場 高頻線圈 外加應力

【摘要】：電磁超聲技術是當前無損檢測技術領域的研究熱點和發(fā)展前沿。然而,由于電-磁-力-聲多場耦合的復雜性、材料磁致伸縮效應的非線性以及有限元分析工具及計算方法的局限性,使得電磁超聲傳感器的換能機理研究和結構優(yōu)化一直缺乏有效的方法。為此,本學位論文基于磁致伸縮材料本構方程,研究了電磁超聲換能器多場耦合數(shù)值計算方法,仿真并實驗分析了電磁超聲傳感器換能效率的影響因素及其相互作用規(guī)律。首先,分析了電磁超聲檢測中存在的多場耦合機制,介紹了電磁超聲換能器建模過程中的基本物理方程及力-磁耦合過程,推導了不同換能器結構下的材料逆壓磁矩陣,探討了電、磁、力、聲多物理場耦合的有限元計算方法。其次,基于鋼板電磁超聲檢測傳感器的結構模型,仿真研究了電磁超聲的激勵、傳播和接收過程,并進行了實驗對比驗證。在此基礎上,分析了電磁超聲換能器中偏置永磁體幾何尺寸對鋼板中磁致伸縮振幅、磁吸附力大小的影響規(guī)律。再次,分析了電磁超聲換能器中高頻線圈激勵電流的幅值、頻率和脈沖個數(shù)以及線圈纏繞方式對鋼板中磁致伸縮振動的影響關系。為進一步提高換能效率,優(yōu)化并設計了激勵電源箱與高頻激勵線圈、濾波放大器與接收線圈間的阻抗匹配電路,并進行了實驗分析。最后,針對管道應力腐蝕裂紋等軸向缺陷檢測的實際需要,建立了管道磁致伸縮T模態(tài)導波檢測傳感器模型,研究了管道中靜態(tài)偏置磁場、動態(tài)交變磁場和磁致伸縮振動的分布規(guī)律和主要特征,分析了外加應力對磁致伸縮換能效率、導波傳播特性的影響關系。
[Abstract]:Electromagnetic ultrasonic technology is a hot research and development frontier in the field of nondestructive testing. However, because of the complexity of electromagnetic-force-acoustic multi-field coupling. Due to the nonlinearity of magnetostrictive effect of materials and the limitation of finite element analysis tools and calculation methods, there is no effective method to study the energy transfer mechanism and optimize the structure of electromagnetic ultrasonic sensor. Based on the constitutive equation of magnetostrictive materials, the numerical method of multi-field coupling for electromagnetic ultrasonic transducer is studied in this dissertation. Simulation and experimental analysis of the electromagnetic ultrasonic sensor energy transfer efficiency and the interaction of factors. First, the electromagnetic ultrasonic detection of the existence of multi-field coupling mechanism. This paper introduces the basic physical equation and the force-magnetic coupling process in the modeling process of electromagnetic ultrasonic transducer, deduces the material inverse pressure magnetic matrix under different transducer structure, and discusses the electric, magnetic and force. The finite element method of acoustic multi-physical field coupling. Secondly, based on the structure model of electromagnetic ultrasonic detection sensor of steel plate, the excitation, propagation and receiving process of electromagnetic ultrasonic are simulated and studied. On this basis, the effect of the geometry of the bias permanent magnet in the electromagnetic ultrasonic transducer on the magnetostriction amplitude and the magnitude of the magnetic adsorption force in the steel plate is analyzed. The effect of the amplitude, frequency and pulse number of the high frequency coil on magnetostrictive vibration in the electromagnetic ultrasonic transducer is analyzed in order to improve the efficiency of energy transfer. The impedance matching circuit between the excitation power box and the high frequency excitation coil, the filter amplifier and the receiving coil is optimized and designed. Finally, the experimental analysis is carried out. In order to meet the practical needs of pipeline stress corrosion crack detection, a magnetostrictive T mode guided wave detection sensor model is established, and the static bias magnetic field in pipeline is studied. The distribution and main characteristics of dynamic alternating magnetic field and magnetostrictive vibration are analyzed. The effect of applied stress on magnetostrictive energy transfer efficiency and guided wave propagation is analyzed.
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB552

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