基于磁彈效應(yīng)的鋼纜索索力在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)探索.pdf

1、鋼纜索由于具有柔性大、強度高和頻率低等突出優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在大跨度橋梁和大型建筑結(jié)構(gòu)與牽引機械等領(lǐng)域。在線監(jiān)測纜索應(yīng)力，動態(tài)掌握應(yīng)力的變化規(guī)律，是保證鋼纜索結(jié)構(gòu)安全運行的重要手段。作為鋼纜索結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評估的重要指標(biāo)----索力的在線監(jiān)測是公認的世界級難題，傳統(tǒng)的壓力傳感器和振動法都有其固有的缺點，難以滿足纜索應(yīng)力的在線檢測要求?；诖艔椥?yīng)的索力測試技術(shù)由于具有測量精度高、動態(tài)響應(yīng)好、使用壽命長，能全天候檢測等突出優(yōu)點，已成為國外研

2、究的熱點，目前已經(jīng)有用于現(xiàn)場的實際例子，但沒有很好的解決現(xiàn)場安裝和溫度補償?shù)汝P(guān)鍵難題，且受知識產(chǎn)權(quán)和技術(shù)保密的限制。但是，該方法的理論體系并未成熟，許多關(guān)鍵技術(shù)還未解決，在沒有任何技術(shù)資料可參考的情況下，探索磁彈效應(yīng)法監(jiān)測索力過程中的理論模型、磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計及磁場強度的選取、溫度補償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。 本文在綜述國內(nèi)外索力測試的各種方法的基礎(chǔ)上，提出了基于磁彈效應(yīng)的差動式單旁路勵磁磁路結(jié)構(gòu)的索力傳感器，進行了

3、勵磁電路與磁路設(shè)計，搭建了試驗平臺，系統(tǒng)地做了拉力和溫度實驗。具體的研究內(nèi)容如下： ①通過分析鋼纜索索力測試方法的研究現(xiàn)狀，指出了目前索力測試方法存在的問題，提出了本論文的研究工作要點。 ②對磁彈效應(yīng)法監(jiān)測索力的原理進行了研究，從磁疇結(jié)構(gòu)的能量入手，利用能量守恒定律和熱力學(xué)平衡條件對磁彈效應(yīng)的模型進行了建立，并進行數(shù)值分析。 ③設(shè)計了兩種勵磁電路和四種不同結(jié)構(gòu)的勵磁磁路，針對磁路結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中存在安裝和維護特別

4、困難等突出缺點，提出了旁路勵磁的磁路結(jié)構(gòu)，在鋼纜索磁化特性曲線未知的情況下，提出了勵磁磁路的最優(yōu)磁場強度選取原理和磁路設(shè)計方法。 ④全面系統(tǒng)地探索了溫度對磁彈效應(yīng)的影響機理，在溫度補償曲線法很難達到在線監(jiān)測要求的情況下，提出了差動式溫度自動補償原理，并設(shè)計了溫度自動補償結(jié)構(gòu)，在空載、溫度范圍為-30℃～+80℃和不同恒載、溫度范圍為室溫(14.5℃)～+80℃的條件下分別做了溫度影響實驗。實驗表明：溫度誤差的自動補償方法是可行的

5、，補償后的溫度影響影響波動量小于2.5％。 ⑤設(shè)計制造了套筒式、旁路勵磁結(jié)構(gòu)和差動式的索力傳感器，搭建了實驗平臺，設(shè)計了正弦交流勵磁和脈沖恒流勵磁兩套實驗方案，在0kN～20kN的拉力試驗機上對直徑為 12mm 的鋼纜索用四種不同結(jié)構(gòu)的索力傳感器做了大量的拉力實驗。實驗結(jié)果對比表明：差動式結(jié)構(gòu)的索力傳感器綜合性能最好，不僅解決溫度補償和現(xiàn)場安裝的關(guān)鍵難題，且重復(fù)性誤差小于1.5％。最后，總結(jié)了全文研究工作和創(chuàng)新之處，指出了論文的