發(fā)布時(shí)間：2018-01-03 16:33

  本文關(guān)鍵詞：電磁超聲換能器多場(chǎng)耦合分析及實(shí)驗(yàn)研究　出處：《湖北工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 電磁超聲換能器 多場(chǎng)耦合 偏置磁場(chǎng) 高頻線圈 外加應(yīng)力

【摘要】：電磁超聲技術(shù)是當(dāng)前無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展前沿。然而,由于電-磁-力-聲多場(chǎng)耦合的復(fù)雜性、材料磁致伸縮效應(yīng)的非線性以及有限元分析工具及計(jì)算方法的局限性,使得電磁超聲傳感器的換能機(jī)理研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化一直缺乏有效的方法。為此,本學(xué)位論文基于磁致伸縮材料本構(gòu)方程,研究了電磁超聲換能器多場(chǎng)耦合數(shù)值計(jì)算方法,仿真并實(shí)驗(yàn)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(cè)中存在的多場(chǎng)耦合機(jī)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(dǎo)了不同換能器結(jié)構(gòu)下的材料逆壓磁矩陣,探討了電、磁、力、聲多物理場(chǎng)耦合的有限元計(jì)算方法。其次,基于鋼板電磁超聲檢測(cè)傳感器的結(jié)構(gòu)模型,仿真研究了電磁超聲的激勵(lì)、傳播和接收過程,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,分析了電磁超聲換能器中偏置永磁體幾何尺寸對(duì)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(lì)電流的幅值、頻率和脈沖個(gè)數(shù)以及線圈纏繞方式對(duì)鋼板中磁致伸縮振動(dòng)的影響關(guān)系。為進(jìn)一步提高換能效率,優(yōu)化并設(shè)計(jì)了激勵(lì)電源箱與高頻激勵(lì)線圈、濾波放大器與接收線圈間的阻抗匹配電路,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。最后,針對(duì)管道應(yīng)力腐蝕裂紋等軸向缺陷檢測(cè)的實(shí)際需要,建立了管道磁致伸縮T模態(tài)導(dǎo)波檢測(cè)傳感器模型,研究了管道中靜態(tài)偏置磁場(chǎng)、動(dòng)態(tài)交變磁場(chǎng)和磁致伸縮振動(dòng)的分布規(guī)律和主要特征,分析了外加應(yīng)力對(duì)磁致伸縮換能效率、導(dǎo)波傳播特性的影響關(guān)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(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB552

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