基于金属磁记忆的弯曲工字钢梁的力-磁效应

目前,基于金属磁记忆检测技术的受力状态表征及损伤评估应用广泛,但在受弯构件的检测中,弯曲长度及荷载作用位置对检测结果的影响尚不明确。为研究受弯构件的力-磁效应,本工作基于四点弯曲工字钢梁的磁记忆检测,采用考虑初始平面外弯曲和应力与磁化作用角度的力-磁耦合方法,通过COMSOL多物理场仿真软件进行了数值模拟研究,并结合有效场理论分析了钢梁弯曲长度对磁信号的影响,提出了表征损伤及荷载作用位置的磁特征参数。结果表明:检测线磁信号峰-峰值S在钢梁接近屈服状态时显著增大,并在钢梁处于承载能力极限状态时达到最大值;腹板检测线磁信号峰-峰值S_(w)在钢梁屈服和达到最大承载能力时分别随有效段长度的增加呈线性减小和以二次函数的规律减小,而下翼缘检测线磁信号峰-峰值S_(f)在钢梁屈服和达到最大承载能力时均随有效段长度的增加以二次函数的规律减小;根据磁特征参数S_(w)和S_(f)定义了磁损伤指数D和荷载作用系数S_(r),当钢梁所受外加荷载超过其最大承载能力的80%时,可根据D>0.5的特征对钢梁不安全的受力状态进行预警;荷载作用系数S_(r)与钢梁的剪跨比λ近似线性相关,可以表征荷载的作用位置。

磁记忆效应的Jiles-Atherton理论模型全过程推导

金属磁记忆检测方法是一种能够对铁磁材料进行早期无损检测的新技术,其检测的是在外应力和地磁场的共同作用下铁磁构件产生的自发漏磁场.而磁机械效应则是指在恒定的外磁场环境中,磁化强度与外应力之间的变化关系.两者从本质上来讲是相似的.因此,磁记忆效应的物理本质就是弱磁场(地磁场)下的磁机械效应.针对磁机械效应经典的Jiles-Atherton理论模型,进行了系统、全面、完整的理论公式推导,分析了不同变量之间的物理关系和数学关系,并指出Jiles-Atherton理论模型存在的不足,并探讨了基于该模型进行的优化改进研究,改进的模型很好地解释了拉压应力作用下的非对称磁化行为.

钢桥疲劳裂纹扩展行为研究及可靠度更新分析

疲劳断裂失效一直是导致钢结构桥梁发生破坏的重要原因之一。为了更好地利用断裂力学对此失效行为进行研究,开展桥梁钢板件标准疲劳裂纹扩展试验。利用金属磁记忆无损检测技术监测疲劳裂纹扩展行为,分析疲劳裂纹扩展过程中磁信号的变化情况。从理论及试验两方面探讨疲劳裂纹扩展长度磁信号量化方法,确定磁特征参数与裂纹扩展长度之间定量关系式。随后将所提关系应用于疲劳裂纹扩展剩余寿命预测确定性研究,并通过试验结果对其进行验证。最后考虑疲劳裂纹扩展的随机性及损伤信息更新的必要性,进一步开展疲劳可靠度评估研究。研究结果表明:磁信号梯度最大值可以较好地对裂纹扩展长度进行量化表征,剩余寿命预测结果与试验结果误差均在20%以内,基于磁信号的可靠性评估方法可以配合我们更好地制定桥梁维修及养护策略。

均质非饱和边坡降雨入渗解析解及在黄土边坡的应用

降雨诱发的黄土边坡失稳非常普遍。建立黄土边坡渗流场计算模型,基于非饱和土渗流控制方程。采用VG函数和Gardner函数分别描述土-水特征曲线和渗透系数曲线,利用行波约化和级数展开法推导降雨入渗解析解。利用数值反演法将模型试验数据对土-水参数拟合,证明了该解析解的有效性。对比分析试验值与解析解在不同工况下体积含水率分布规律,分析结果表明:边坡试验模型中的浅层测点体积含水率试验值与解析解较为接近,试验值在浸润锋下移的过程中所达到的体积含水率峰值相比解析解较小;边坡试验模型中的深层测点体积含水率试验值与解析解在前期存在一定误差,深层测点体积含水率解析解在初期增长速度相较于试验值较快,主要原因是较深土层浸润锋的滞后性。

斜交钢−混凝土组合空间节点抗震性能试验研究

按照1꞉4缩尺完成1个斜交钢−混凝土组合空间梁柱节点,以柱端加载方式对本试件开展水平低周循环荷载试验。主要研究节点核心区的受力特征、破坏形态和抗震性能。利用ABAQUS有限元软件模拟试验,在模拟结果与试验结果对应较好的前提下,建立18个有限元模型分析轴压比、柱型钢腹板厚度及型钢翼缘厚度3种参数对节点承载力的影响。研究结果表明:在加载后期,试件的节点核心区产生明显的剪切变形,并伴随扭转现象,反映了节点产生平扭耦联的空间作用特点;试件的滞回性能、承载力、刚度和耗能能力较强,反映了此节点具有良好的抗震性能;且节点的极限位移角为1/25,满足规范规定1/50的限值要求;适当增大轴压比对提高承载力有利;在低配钢率下,优先增加翼缘厚度对提高承载力更有效;在高配钢率下,优先增加腹板厚度对提高承载力更有效。

用钢筋网水泥砂浆抹面加固砖墙的抗震性能试验研究

通过普通砖墙及用钢丝网水泥砂浆抹面加固的砖墙（简称夹板墙）在低周反复荷载作用下的试验研究，分析了用夹板墙加固砖墙的效果及抗震性能，给出了未裂墙用夹板墙进行抗震加固的设计计算方法．

基于ANSYS有限元模拟的钢丝绳单丝拉伸力-磁耦合研究

主要利用ANSYS有限元模拟软件,对受轴向拉力且有预制缺陷的50 Mn钢丝绳单丝分别进行静力场计算和受环境磁场及自身剩磁场共同作用下的三维静磁场磁标量计算,并对两种物理场进行直接力-磁耦合分析,得到随着外荷载不断增加,试件缺陷处法向漏磁信号B(x)及其梯度值K的分布情况.结果表明,随着应力集中程度的不断增加,试件缺陷处的法向漏磁场信号B(x)出现过零点,其梯度值K出现极大值.最后,将试验结果与模拟结果进行对比,证明了模拟的可靠性.进一步证明了有缺陷钢丝绳的早期损伤与金属磁记忆信号之间的内在联系规律,该数值模拟方法可为钢丝绳拉伸磁记忆有限元分析提供参考.

建筑钢板件力磁效应的ANSYS有限元模拟研究

为研究建筑用钢早期损伤和金属磁记忆信号的相互关系,采用ANSYS有限元分析软件,通过对建筑结构广泛使用的Q345B钢进行地球磁场下拉伸荷载的力磁效应二维平面模拟,得到不同载荷下人工浅槽试件表面漏磁场强度法向分量B(y)及其梯度值K的分布规律.研究表明,弹性阶段应力集中区的漏磁信号随应力呈规律性增加,屈服后,浅槽部位进入弹塑性状态的范围增加,漏磁信号的影响范围也随之扩大,较快增长的塑性变形对用应力来表征漏磁信号变化造成了影响,最后将模拟结果和试验结果对比,证实了模拟结果的可行性与可靠性,为金属磁记忆检测技术在建筑等领域的应用提供参考依据.

金属磁记忆检测技术研究新进展与关键问题

金属磁记忆检测技术是一种适用于铁磁材料的新兴的无损检测技术,主要优势在于无需外加激励磁场源,即在天然地磁场的激励作用下,通过测量材料表面的漏磁信号,就能够对铁磁构件的早期损伤进行检测,避免结构或构件发生突然的脆性破坏.针对近10余年金属磁记忆检测技术的研究现状,概述了该技术的理论基础,总结了该技术理论研究、试验研究以及工程应用新进展,探讨了磁记忆检测技术的损伤评判准则,分析了影响磁记忆检测信号的因素,基于此,提出了磁记忆检测技术目前存在的问题和未来的研究发展方向.

用外包钢筋混凝土方法加固 RC 轴心受压柱的承载力计算

对于用外包钢筋混凝土方法加固的轴心受压柱，给出了考虑外包混凝土对内核混凝土约束作用的承载力计算公式，并与规范公式进行了比较。

基于磁记忆的Q235b受弯钢梁力磁效应数值模拟

为推进金属磁记忆检测技术在建筑钢结构领域的应用,量化金属磁记忆信号与构件应力状态之间的关系,本文以建筑钢框架中常见的工字型钢梁为例,采用ANSYS有限元分析软件,结合应力与磁导率的磁机械耦合模型,对不同载荷工况下的受弯钢梁进行力-磁耦合有限元模拟研究。通过对比集中力作用下4点受弯工字钢梁的试验结果与有限元计算结果,发现二者的漏磁场磁感应强度法向分量B(y)曲线及其峰峰值ΔB(y)具有较好的一致性,证实了模拟方法的可行性与准确性。考虑钢框架在正常使用中的实际受力状态,利用上述模拟方法,对均布荷载作用下两端固结工字钢梁进行力-磁耦合有限元模拟。结果表明,均布荷载作用下漏磁场磁感应强度法向分量B(y)和漏磁场法向分量梯度K(y)曲线均在应力最大和最小处发生突变,且漏磁场法向分量梯度K(y)曲线能较好地反应钢梁应力最大和最小变化区域、幅度和趋势。提出了用应力集中截面磁信号法向分量的平均值B(y)avg和磁信号法向分量梯度的平均值Kavg表征钢梁在该截面应力变化情况。

用夹板墙加固砖房的抗震性能

在试验研究的基础上，分析了用夹板墙加固混合结构房屋的抗震性能，提出了用夹板墙加固混合结构房屋的承载力和刚度计算方法．

弯曲荷载作用下焊接钢板件金属磁记忆效应试验研究

为将金属磁记忆无损检测技术用于弯曲荷载下焊接试件的检测,分别对Q345b钢有缺陷焊接试件及无缺陷焊接试件进行了三点受弯试验.通过对比两组试件在初始阶段、弹性阶段以及塑性阶段下磁记忆法向分量曲线及磁场梯度曲线,得到焊接缺陷位置在不同阶段的特异性信号.试验结果表明:初始阶段,磁记忆法向分量曲线无明显特征信号,在判断焊接初始缺陷时缺乏准确性,而磁场梯度曲线中出现具有最大幅值的异变位置,可以定性判断试件焊接初始缺陷位置;弹性阶段,有缺陷焊接试件磁记忆曲线在缺陷处产生明显异变磁记忆信号即波峰-波谷,无缺陷焊接试件则未形成明显异变磁记忆信号.随着荷载增加,两组试件磁场强度法向分量均呈现逐渐减小的趋势;塑性阶段,有缺陷焊接试件缺陷部位异变磁记忆信号发生反转,表征了试件在该位置进入塑性阶段.无缺陷焊接试件在试件接近破坏时曲线才出现反转现象.

基于金属磁记忆检测技术的波纹斜腹板钢箱梁试验研究

针对桥梁波纹腹板钢箱梁,进行了四点受弯静载试验,采集了不同等级荷载下沿翼缘和腹板检测线方向的磁信号,分析了弹性和塑性阶段沿检测线方向磁信号及其梯度值的变化规律,找出了表征应力集中程度及区域的特征磁信号,得出如下结论:第一,在波纹腹板钢箱梁的四点受弯试验中,过零点的位置不能表征应力集中位置及破坏位置,磁信号过零点的经验判断并不适用;第二,弹性和塑性阶段磁信号变化曲线相似,弹性阶段的特征磁信号能够较好地表征应力集中程度,塑性阶段特征磁信号不能很好地表征应力集中程度;第三,利用钢箱梁跨中挠度和磁信号梯度值绝对值曲线中的转折点可以找出钢箱梁屈服时挠度.

有关大地磁场对金属磁记忆信号影响的数值模拟

利用ANSYS有限元模拟软件,结合力磁耦合关系,分别模拟三种放置方式下,试件沿轴转动时初始状态和屈服后的法向和切向磁信号。对比得出以下结论:首先,当地磁场与试件加载方向不平行或与检测面出现夹角时,法向磁信号相比切向磁信号更为准确.地磁场方向对屈服后试件的影响要比初始状态大,尤其在缺陷附近应力集中区域。其次,当试件不是正南正北放置,而是东西放置或者与地磁场存在一定夹角时,按原来方向的法向和切向信号判断试件应力集中将不再准确,因此找到此时磁场方向下试件表面的法向和切向磁信号是做出准确检测的前提条件。另外,当大地磁场完全垂直于试件表面时,无论切向还是法向磁信号都基本为一直线,只有在缺陷处有些许变化,原来过零点和极大值的现象都不再出现。所以在实际工程中,要尽可能避免试件检测面与大地磁场完全垂直,否则以法向信号过零点和切向信号极大值为依据的经验判断方法将不再适用。

含缺陷承载门式刚架的金属磁记忆检测试验研究

以门式刚架拟静力试验为基础,采集并分析了含缺陷刚架的梁和柱在不同荷载等级下的法向磁信号H p(y)值,研究试件未退磁状态下法向磁信号H p(y)值随荷载变化的规律,以及预制缺陷与磁信号的对应关系.结果表明:试件初始剩磁场强度较大,试件表面的磁信号在数值上虽然会随着荷载的变化而变化,但磁信号曲线在形状上会保持初始剩磁场的分布状态,直至外应力能够克服残余应力的影响;试件到达临界状态时,即试件刚度急剧退化、屈服或者失稳时,法向磁信号H p(y)值会发生突变或反转;磁信号曲线在节点、缺陷附近由于应力集中表现出波峰波谷.因此,可以通过磁信号的突变、反转、波峰、波谷、过零点反演试件的受力状态、应力集中和缺陷的位置.

深埋隧道坚硬围岩变形特征三维数值分析

秦岭终南山公路隧道埋深大,地质环境复杂,2号竖井下洞群多次跨越既有公路与铁路隧道,结构尺寸多变,受力复杂;岩爆频发;滑坡、塌方和冒落等严重制约通风及建设效率。基于现场工程与地质特征分析,采用三维数值计算,对东线隧道和西线隧道交叉点的稳定性对比分析,为隧道及洞群优化设计提供科学的定量化依据。

受拉钢丝应力状态的磁记忆信号峰峰值判别技术

带缺陷钢丝在单轴拉伸应力状态下,随着荷载的增加磁记忆信号曲线趋于稳定,后期出现部分重叠.同时在缺陷两端出现波峰波谷现象,波峰波谷的峰值差呈递增状态,但波峰波谷的水平间距并没有很好的规律性.在缺陷处出现非线性平台,当荷载发展到一定阶段后非线性段消失,代之以良好的线性段.分析缺陷处的应力状况,可发现应力差距大的部位其磁记忆信号也存在较大的差异,波峰波谷的峰值差可反映应力的差值水平,同时通过波峰波谷差值曲线可以很好地反应钢丝的全过程受力状态.因此,可作为一种磁记忆检测技术应用于钢丝检测的判别手段.

基于磁记忆的钢梁弯曲应力表征技术研究

金属磁记忆检测技术是一种新型的无损检测技术.通过对Q235B工字钢梁试件进行四点受弯试验,分析其表面的磁记忆信号,发现:试件翼缘的磁记忆信号曲线形状与对应的弯矩图相似,均在纯弯段相等,在两端弯剪段近似呈线性分布;在剪应力突变处,磁记忆信号梯度K值"过零点"且出现正负突变现象;试件腹板的磁记忆信号在荷载作用点处呈峰值,磁记忆信号梯度出现峰-峰值K_(max)且过零点;不同的变形阶段,磁记忆信号与应力表现出相似的变化趋势.

钢结构疲劳裂纹发展对磁记忆信号变化的影响机制研究

金属磁记忆检测技术是目前唯一可以检测出裂纹萌生阶段应力集中状态的无损检测技术,因此很有必要研究疲劳裂纹的发展对磁性号的影响机制.利用磁记忆信号对疲劳损伤进行诊断和预防,就具有非常重要的理论意义及工程实用价值.分析了裂纹损伤发展过程的应力状态、能量转化方式以及磁导率的变化情况,然后从微观角度分析这些因素对磁矩、磁畴以及磁荷产生的影响,从而揭示了疲劳裂纹发展对磁信号的影响机制.