用于在役高强螺栓检测的电磁超声探头对比研究
在风电机组、大型桥梁、航空港候机大厅等大型钢结构建筑中，高强度螺栓连接被广泛使用。随着我国新能源的建设和发展，风电机组逐渐增多。在这些风电机组中，高强螺栓超负荷和超期限服役的情况也愈加频繁，成为巨大的安全隐患。从目前来看，对非在役螺栓的检测已经有了深入研究，但是对于在役高强螺栓，还没有有效且成熟的检测方法。电磁超声检测方法能够在不接触螺栓表面的情况下对螺栓激励超声波，因此不需要对螺栓表面进行处理，检测过程简洁、高效，非常适合在役高强螺栓检测。在电磁超声检测过程中，超声信号的发射和接收都是通过探头来实现的，因此一个结构良好的探头对于电磁超声检测至关重要。 针对电磁超声探头对在役高强螺栓裂纹检测中的几个难点:第一，在役螺栓可供电磁超声探头安装的位置有限，探头尺寸受到限制，同时电磁超声的声波能量无法像压电超声那样集中，激发信号强度更弱，如何在探头体积受限的情况下激发更强的振幅成为难点;第二，电磁超声探头种类繁多，挑选出有检测在役螺栓裂纹潜力的探头成为难点;第三，在役螺栓裂纹检测限制了探头安装位置及尺寸，如何在有限的空间内规划探头结构成为难点。本文对电磁超声探头的永磁铁部分产生的表面偏置磁场，以及线圈部分产生的表面涡流场，分别进行了建模和仿真。第一，阐明了电磁超声探头换能机制，对不同结构探头性能进行了定性分析;第二，从模型简化合理性对仿真质量进行把控，得出了螺栓表面偏置磁场与永磁铁尺寸间的关系，并对不同结构永磁铁产生的偏置磁场进行比较，得出圆柱形永磁铁更适合在役高强螺栓检测。第三，从网格尺寸合适性对仿真质量进行把控，得出了涡流场分布与线圈尺寸间的关系，进而确定了适合在役高强螺栓检测的线圈尺寸，并对不同结构线圈产生的涡流场进行比较，得出螺旋更适合在役高强螺栓检测。本文对在役高强螺栓裂纹检测的工程实践具有指导意义。
钢结构;螺栓连接;裂纹检测;电磁超声探头
武汉科技大学
硕士
机械自动化
余震
2020
中文
TU391.05
2021-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）