基于磁特性參數(shù)的鋼絲繩張力檢測仿真與實驗研究.pdf

1、鋼絲繩廣泛砬用于礦山、電梯、索道等多個領域，其作為主要的承受拉力的構(gòu)件，在服役過程中將不可避免的會受到一些損傷，從而使其在承受力的作用時會產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象，引起局部失效，嚴重時將會導致突然斷裂，引起重大事故的發(fā)生。因此，研究鋼絲繩實際受力狀態(tài)對其材料性質(zhì)變化的影響具有重要的意義。
　　本文在查閱了大量有關鋼絲繩張力檢測的中英文文獻的基礎上，著重研究了基于磁力耦合法的鋼絲繩張力檢測技術。通過理論分析、有限元仿真和實驗研究，分析了該檢

2、測技術在對鋼絲繩張力檢測時的基本理論方法和實用性。本文已完成工作如下:
　　(1)由于鋼絲繩的結(jié)構(gòu)成分屬于鐵磁性材料，因此本文結(jié)合鐵磁學理論，從微觀結(jié)構(gòu)（磁疇和磁疇壁）分析了應力對鋼絲繩組成材料的影響，得出施加張力產(chǎn)生的應力集中會使鋼絲繩的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使其磁特性參數(shù)發(fā)生改變的結(jié)論，并從鋼絲繩微觀結(jié)構(gòu)的角度闡述了鋼絲繩的磁化過程以及應力對磁化過程的影響。
　　(2)通過逆磁致伸縮效應解釋了力與材料伸縮以及其磁參數(shù)變化

3、的規(guī)律，分析了在外磁場和應力的作用下鋼絲繩材料能量的變化規(guī)律。根據(jù)朗之萬理論和Jiles-Atherton理論建立了應力對鋼絲繩磁特性參數(shù)影響的數(shù)學模型，并分析了基于磁參數(shù)鋼絲繩張力檢測方法的基本原理和方法。
　　(3)在簡述了基于磁參數(shù)鋼絲繩拉力檢測傳感器設計原理的基礎上，根據(jù)本文實驗所用到的實驗試件和相關要求，完成了鋼絲繩拉力檢測傳感器的設計，并利用有限元軟件對其進行了分析。
　　(4)通過Matlab對已建立的數(shù)學模型

4、進行計算得到不同應力下的磁參數(shù)，將其作為已知條件帶入有限元軟件ANSYS中進行計算。通過建立跑道型線圈，設定線圈匝數(shù)，產(chǎn)生激勵電流，試件置于感生磁場中被磁化加載的方式進行計算。本文分別對具有不同裂紋深度的試件進行模擬計算。模擬結(jié)果表明:相同裂紋深度的試件（或無損傷試件），磁感應強度的大小隨張力的增大而增大，且二者具有很好的線性關系;當對試件施加相同大小的張力時，磁感應強度值與裂紋深度值呈現(xiàn)正相關關系;當試件不受力（即張力值為零）時，磁感

5、應強度值與裂紋深度值具有線性相關關系;當無損傷試件與有損傷試件（取裂紋深度為0.5mm的損傷試件）相比較時，試件受到損傷后其磁感應強度在相同張力作用下會增大;試件磁導率的大小隨張力的增大而增大。
　　(5)設計并搭建了基于磁特性參數(shù)的張力檢測實驗系統(tǒng)。磁測量張力無損檢測系統(tǒng)主要包括傳感器、信號發(fā)生器、功率放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理擬合系統(tǒng)等。采用萬能拉伸機對不同裂紋深度的試件逐級加載進行拉伸，經(jīng)本文設計的拉力檢測傳感器輸出感應