基于波纹腹板钢箱梁受弯试验的磁记忆信号检测研究

发布时间：2019-07-23 07:21

【摘要】：金属磁记忆检测技术是一门可以对铁磁构件进行早期损伤检测的新型无损检测技术,从诞生至今十几年间,得到了世界各国科研学者的普遍关注。然而该技术的检测结果和评判标准仍处于完善阶段,其中一个重要的原因是由于铁磁材料应用的广泛性,致使需要研究的领域众多。因此本文把这种无损检测技术应用于常用的桥梁专用钢,通过研究桥钢钢板试件拉伸试验来检验该技术在桥梁钢结构领域的适用性,通过重点研究桥钢波纹腹板钢箱梁试件受弯试验,分析不同应力应变下的磁记忆信号变化规律,以及不同荷载下波纹腹板表面自上至下方向的磁记忆信号的变化规律,得到与波纹腹板钢箱梁力学性能相关的磁特性。主要进行了以下工作:(1)通过Q345qC钢板件拉伸试验验证了金属磁记忆检测原理在桥梁钢结构领域的适用性,表明在试件断裂位置,法向磁场强度H_p(y)过零点且符号改变,梯度K出现极值点;弹性阶段,磁记忆信号曲线近似呈线性,梯度曲线近似呈直线分布,而在塑性阶段,磁记忆信号曲线呈非线性分布,梯度曲线也呈非线性分布。(2)通过Q345qC波纹腹板钢箱梁四点受弯试验,研究了钢箱梁各个位置的磁记忆信号的变化规律。表明试件上下翼缘表面的磁记忆信号曲线形状近似呈“梯形”,与试件在竖向集中荷载作用下的弯矩图相似,上下翼缘屈服后,检测线上的磁记忆信号曲线开始出现“过零点”,且随着荷载的增大,“过零点”位置逐渐向损伤最大处靠近,失稳时正好与损伤最大位置重合,可将翼缘磁记忆信号曲线的“过零点”位置作为出现危险时刻和危险位置的判定依据。而试件腹板表面的磁记忆信号在集中力加载位置有明显的“波峰”现象,可利用腹板“波峰”位置来判定试件的应力集中区,“波峰”幅值越高,应力集中程度越大。(3)通过研究钢箱梁四点受弯试验力磁关系发现有以下特征:在弹性阶段时,磁记忆信号强度随着应变的增加而增强,磁记忆信号与应变关系曲线斜率逐渐增加,磁记忆信号随应变变化速率逐渐变大;塑性阶段,磁记忆信号强度随应变增大继续增强,磁记忆信号与应变关系曲线斜率突然开始减小,磁记忆信号随应变变化速率减小。当磁记忆信号与应变关系曲线斜率由增长变为降低时,即出现“拐点”,此“拐点”位置试件刚好屈服,以此检测特征可以评判试件是否进入屈服阶段。(4)通过对波纹钢腹板抗剪性能的磁记忆表征技术进行研究,发现在波纹钢腹板上,随着标定高度的增大,磁记忆信号减小,并且随着荷载的增大,剪应力也增大,截面区域的磁记忆信号强度增加;影响磁记忆信号沿标定梁高方向的变化速率的因素主要有两个:弯剪段或纯弯段区域、施加的荷载的大小。波纹钢腹板上弯剪段平均磁记忆信号变化速率与荷载的关系曲线近似呈抛物线分布,且区域平均磁记忆信号变化速率绝对值先增大后减小;腹板纯弯段的区域平均磁记忆信号变化速率与荷载的关系曲线呈不规律变化;对区域平均磁记忆信号变化率和剪力关系进行了初步的定量研究,在未考虑与铁磁材料磁化相关的其他因素的耦合作用情况下,沿高度方向区域平均磁记忆信号变化率与剪力的平方近似呈线性关系。
【图文】：

磁化曲线和磁滞回线示意图

代替：0( )BB u H MBrown 为了适应不同的磁学单位而引入的一个符号。可将式：B uH0 0(1 )B r u u，u 称为磁导率。磁材料基本特征的是磁化曲线和磁滞回线，其中磁化曲磁场作用下所具有的磁化规律。如图 2.1 所示，磁化曲线个阶段：起始磁化区（Ⅰ区），弱磁场下，磁感应强度 B增加缓慢；剧烈磁化区（Ⅱ区），，中等磁场下，B（或 M化区（Ⅲ区），强磁场作用下，随着外磁场增加，B（或 M饱和程度；饱和磁化区（Ⅳ区），在更高磁场作用下，B（此时微观上磁畴基本趋于同一方向，达到饱和。

钢板件拉伸试验图

图 2.8 钢板件拉伸试验图300DL 电液伺服万能试验机上进行拉伸试验，测试件表面磁记忆信号。试件分为两组，每以检测钢材的力学性能，一组在拉伸过程中拉伸过程中的荷载-位移图如图 2.9 所示，第 2.10 所示。0 5 10 15 20 250102030405060力（kN)位移（mm）
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U446

【参考文献】