阵列涡流传感器互感信息三维有限元仿真

阵列涡流传感器能够实现导电材料的大面积高速扫描。通过测量线圈间的互感,可获取更多的缺陷信息。利用ANSYS有限元软件对同一深度不同长度的裂纹进行三维仿真,得到了相应的阵列涡流线圈感应电动势幅值和相位变化曲线。仿真结果表明探头线圈间的互感可提供裂纹大小和位置等有用信息。

基于涡流阵列传感器的金属结构疲劳裂纹监测

针对飞机金属螺栓连接结构疲劳裂纹实时监测的需求,提出了一种基于柔性平面涡流阵列传感器的飞机金属结构疲劳裂纹监测方案,通过半解析建模对传感器的工作特性进行了研究,搭建了监测系统并通过试验对方案可行性进行了验证.半解析模型结果表明传感器感应通道与激励通道的相位差和幅值比随提离距离及被测试件电导率的变化曲线具有单调性,且幅值比变化大,敏感度高.程序载荷谱作用下2A12-T4铝合金试件疲劳裂纹监测试验结果表明:将各通道幅值比变化曲线中的拐点作为特征点,传感器通道1能对累积损伤进行监测,通道2,3,4能对疲劳裂纹扩展长度进行定量监测,监测精度达到1 mm.所提出的柔性平面涡流阵列传感器能够实现对疲劳试件从累积损伤到疲劳裂纹扩展整个寿命周期的监测.

花萼状涡流阵列传感器裂纹在线定量识别算法

针对传统涡流检测逆向算法难以满足结构健康监测技术对实时性、在线以及算法复杂性低的要求,介绍了一种花萼状涡流阵列传感器,分析了传感器感应线圈输出信号在裂纹扩展过程中的变化特点和规律,提出了基于裂纹特征在线提取的裂纹在线定量识别算法,并通过304不锈钢和TC-4钛合金的疲劳裂纹在线监测试验对算法的有效性进行了验证。研究表明:采用滑动窗口分析方式,对窗口内数据流进行最小二乘回归和递推最小二乘回归,依据回归参数和阈值可以对裂纹特征进行有效识别,进而实现裂纹的在线定量监测。

基于涡流阵列传感器的金属结构裂纹监测方案可行性研究

针对飞机金属螺栓孔连接结构疲劳裂纹的特点和实时监测的需求,提出了一种基于柔性平面的涡流阵列传感器,设计了疲劳裂纹扩展实时监测方案,搭建了疲劳裂纹监测实验系统。通过建立监测系统的三维有限元仿真模型,得到传感器工作时感应磁场和磁位矢量的分布规律,验证了监测方案的可行性。通过设计疲劳裂纹扩展试验,确定了涡流阵列传感器定量监测能力。等幅程序载荷谱作用下2A12—T4铝合金试件疲劳裂纹监测试验结果表明:提出的涡流阵列传感器能够有效定量监测裂纹的扩展,裂纹监测方案是可行的,监测精度达到1 mm。仿真结果表明:传感器在工作时磁矢量位的分布关于激励线圈导线中心对称,在激励线圈导线中间达到最大值,同时裂纹存在时感应通道归一化跨阻抗幅值比增大10%。

矩形柔性涡流阵列传感器裂纹检测研究

某矩形涡流阵列传感器可对金属结构的裂纹进行定量检测,但使用中往往会受到提离效应的影响。通过建立矩形涡流阵列传感器的有限元模型,分析了传感器对提离距离的响应特性,并搭建裂纹检测试验平台,研究了提离距离对传感器裂纹检测能力的影响。研究表明:矩形涡流阵列传感器对提离效应十分敏感,在裂纹检测过程中应尽量抑制提离效应,同时提离距离的增加会显著地降低传感器的裂纹检测能力,在裂纹检测过程中应尽量减小提离距离。

柔性矩形涡流阵列传感器裂纹检测性能研究

针对飞机金属结构广布疲劳损伤的检测需求,介绍了一种柔性矩形涡流阵列传感器,通过有限元模型分析了其裂纹响应特性,并搭建模拟裂纹检测系统。通过试验研究了传感器的裂纹检测特性,优化了裂纹检测频率。研究表明:当裂纹"扩展"进入感应线圈的检测范围时,输出信号的幅值开始快速增加,若以各感应线圈幅值信号开始快速增加的"拐点"作为特征量,就可实现裂纹长度的定量检测;当归一化激励频率为0.3时,传感器的裂纹检测能力达到最优。

平板表层缺陷检测涡流阵列传感器的设计

基于互感式传感器涡流检测的数值计算方法,综合检测灵敏度和空间分辨率对涡流阵列传感器线圈单元不同中心距、平均半径、高度等参数进行了分析。提出了与涡流阵列检测不敏感区域密切相关的参数——线圈单元组有效检测区域比率,基于该参数进行了涡流阵列传感器排布方式的优化设计。研究结果表明:相同检测条件下,线圈单元平均半径越小,线圈单元高越小,检测灵敏度越大;线圈单元中心距大小与检测灵敏度呈先递增后递减的关系,在接近且小于4倍的线圈单元外径处检测灵敏度存在一极值点;线圈单元平均半径越小,涡流阵列传感器的空间分辨率越高;交错型涡流阵列传感器相邻单元组叠加方式不敏感区域最小,漏检可能也最小。

涡流阵列传感器半解析模型的直接FFT构建方法

针对分布式激励源涡流阵列传感器半解析模型的构建问题,提出了传感器半解析模型的直接FFT构建方法。该方法首先通过虚拟采样和FFT得到传感器导线界面处线电流密度的傅里叶变换系数,然后根据层状介质空间中场量傅里叶变换系数传递关系,经反FFT得到场量的空间分布。建模过程和数值计算结果表明此方法不仅简化了半解析模型的建立过程,而且直接将激励源导线宽度考虑在建模过程之中,提高了建模精度;建立了该传感器的应用物理模型,数值仿真结果表明该传感器对其周围介质空间的电磁属性较为敏感,可望将该类型的传感器运用于金属结构的在线监测之中。

疲劳环境对柔性涡流阵列传感器输出信号的影响规律研究

将柔性涡流阵列传感器与金属结构集成实施裂纹监测的过程中,结构会受到装配应力、工作应力等疲劳环境的作用,进而对裂纹监测过程带来影响。通过不同结构损伤状态和不同疲劳环境下的裂纹监测试验,研究了疲劳环境对柔性涡流阵列传感器输出信号的影响规律。研究表明:当被监测结构无裂纹时,疲劳环境对传感器输出影响很小;当被监测结构出现裂纹后,传感器输出信号会随着疲劳环境的变化出现明显波动,进而会对裂纹监测过程产生一定的影响。

贴附式涡流阵列传感器在裂纹监测上的应用

金属结构疲劳损伤监测是现代飞机结构健康监控的重点和难点,要求传感器具有高可靠性、高灵敏度并且能在恶劣环境中工作。针对飞机结构损伤监测中传感器的特点,采用阵列化的设计思想设计出一种基于柔性电路板工艺的新型涡流传感器。通过构建损伤监测模型,对传感器的参数进行了仿真优化。最后开展了程序载荷谱下2A12-T4铝合金材料的裂纹监测试验以及阳极氧化和电泳喷漆条件下的对比试验。结果表明,贴附式涡流阵列传感器能够定量监测裂纹的扩展,监测精度达到1mm。阳极氧化和电泳喷漆涂层阻碍了传感器对裂纹特征的有效感知,导致传感器的监测灵敏度降低。

阳极氧化膜对花萼状涡流阵列传感器裂纹监测的影响

针对飞机铝合金结构件表面具有阳极氧化膜的实际,制备具有不同厚度阳极氧化膜的2A12—T4铝合金试件,搭建疲劳裂纹监测系统,对花萼状涡流阵列传感器的裂纹监测特性进行了研究。研究表明:花萼状涡流阵列传感器可以对具有阳极氧化膜的铝合金结构疲劳裂纹进行有效监测,监测精度为1 mm;但阳极氧化膜的厚度会对花萼状涡流阵列传感器的裂纹监测特性产生显著影响,随着阳极氧化膜厚度的增大,传感器的输出信号幅值增加,裂纹监测能力明显降低。

含交错层叠电涡流传感器阵列的成像定位仪的研究

针对被遮盖的金属物体的可视化问题进行了研究探讨,采用交错层叠柔性电涡流传感器阵列替代线圈式电涡流传感器阵列,利用CCD摄像头拍摄遮盖物表面图像,实现金属物体与遮盖物表面的同步显示,并采用打印机将金属物体上螺纹孔中心位置标记在遮盖物表面相应位置。所研究的探测成像定位仪具有更高的定位精度,操作更简单,使用更方便。

裂纹长度和提离距离对涡流阵列传感器输出特性的影响

分析了涡流阵列检测技术的基本原理,利用有限元方法建立了一种涡流阵列传感器的仿真模型,分析了裂纹长度和提离距离对传感器输出特性的影响。结果表明,裂纹的出现会导致感应线圈输出信号的幅值和相位发生变化,随着裂纹长度的增加,感应线圈的输出信号幅值和相位逐渐增加;随着提离距离的增加,传感器的输出信号幅值和相位也急剧增加。将该传感器应用于裂纹长度检测时,应尽量抑制提离距离的波动。

柔性涡流阵列传感器在金属螺栓孔孔边裂纹监测中的失效模式及失效机理

柔性涡流阵列传感器在集成实施金属螺栓孔孔边裂纹监测的过程中,会受到结构装配应力、工作应力等因素的影响,为提高传感器的耐久性,进行了集成后的有限元应力分析和裂纹监测试验,研究了传感器的失效模式和失效机理。试验结果表明,传感器容易在被监测金属结构裂纹对应区域出现裂纹或者线圈导线断裂,且传感器裂纹的走向与被监测金属结构裂纹的走向基本一致;传感器与被监测金属结构之间的静摩擦力、被监测金属结构裂纹区域较大的应力和变形是导致传感器失效的主要原因。

ω-λ型涡流阵列传感器跨阻抗响应特性分析

针对金属螺栓连接结构的孔边疲劳裂纹监测需求,介绍了一种具有柔性平面特点的ω-λ型涡流阵列传感器,构建其损伤监测半解析模型,应用半解析模型并通过传感器跨阻抗双参数网格平面图,分析了不同激励频率下传感器跨阻抗输出信号对损伤输入参数的监测灵敏度.分析结果表明,传感器的电导率和磁导率监测灵敏度随提离距离增大而减小;在固定频率下,存在最优监测灵敏度的电导率点和磁导率点,且最优磁导率点随激励频率增大而增大,最优电导率点随激励频率增大而减小;存在磁导率临界值点,当磁性材料的磁导率达到临界值后点,传感器的跨阻抗输出随提离距离增大而减少.

柔性涡流阵列传感器的磁场计算分析

设计了一种由6个阵列单元(螺旋线圈)所组成的柔性涡流阵列传感器,基于电磁场理论建立柔性涡流阵列单元的电磁场模型,推导出柔性阵列单元线圈径向和轴向的磁场强度计算公式,仿真分析阵列单元线圈磁场强度与电流、线圈间隙、内外径等参数的关系,对柔性涡流阵列传感器的发展具有一定参考价值。

基于涡流传感器阵列的火车轮在役自动检测系统设计

提出一种基于涡流传感器阵列的火车轮自动在役检测系统，为铁路运输提供一种安全的运营手段。

柔性涡流阵列传感器孔边裂纹监测技术

针对这一问题,提出了一种带双面补强的柔性涡流阵列传感器并用于孔边裂纹监测。通过COMSOL有限元软件建立传感器和被测试验件的有限元模型,分析提离距离、垫片磁导率变化和裂纹扩展对传感器输出信号的影响;制备带补强和不带补强的传感器,并开展挤压实验和在线疲劳裂纹监测实验;根据实验结果和仿真结果之间的差异进行误差分析。结果显示:随着提离距离和垫片磁导率的增加,传感器输出感应电压逐渐增大;传感器裂纹监测灵敏度随着提离距离的增加而逐渐减小;带补强的传感器可以在螺栓拧紧扭矩为63 N·m的条件下工作,而不带补强的传感器在拧紧力矩为50 N·m时完全失效;通过在线疲劳裂纹监测实验验证了带补强的传感器对裂纹具有定量监测能力,裂纹监测精度与激励线圈之间的间距一致,可达1 mm;实验结果与仿真结果之间的差异主要由提离距离引入。

基于涡流阵列传感器的飞机结构疲劳寿命自动化监测研究

为提升飞机螺栓连接结构疲劳裂纹监测准确率,准确监测飞机结构疲劳寿命,提出了基于涡流阵列传感器的飞机结构疲劳寿命自动化监测研究。构建矢量电磁场量空间扩散方程,在层状介质空间中通过分离变量获取磁矢解析通解在无穷大介质空间内实现解耦,由此确定截面处电磁场量边界条件,分析提离距离与监测灵敏度之间关系。通过对半解析建模对涡流阵列传感器工作特性展开分析,构建了飞机结构疲劳寿命自动化监测模型。实验结果表明,该监测方法能够使监测结果精准度达到1mm,能够实现从累积损伤到出现裂纹整个周期的飞机结构疲劳寿命监测。

基于半解析模型的涡流传感器优化设计与实验研究

针对飞机金属螺栓孔连接结构疲劳裂纹的特点与实时监测的需求，提出了一种基于柔性平面的涡流阵列传感器，设计了疲劳裂纹扩展实时监测方案，构建了传感器损伤监测半解析模型，搭建了基于涡流阵列传感器的疲劳裂纹扩展实时监测平台。通过对涡流阵列传感器的仿真和基于涡流阵列传感器的疲劳裂纹扩展实验研究，确定了传感器的监测灵敏度，优化了传感器的特征参数。研究结果表明：传感器基材层阻碍了感应线圈与激励线圈的耦合，基材层应尽量薄。当涡流阵列传感器导电层厚度为0．12—0．18mm，激励线圈的最优宽度为0．8min，感应线圈的最佳厚度为0．5mm时，传感器的损伤监测灵敏度最高。