摘要：锂离子电池工作过程中产生的扩散诱导应力和热应力,会导致电池内部发生多种形式的力学损伤,进而导致电池容量减少和寿命缩短,准确获取锂离子电池应力分布和演变情况对研究电池老化机制至关重要。因此亟须研究一种能够获取锂离子电池工作过程中内部应力分布及演化的方法,以揭示应力对其寿命的影响,进一步提高设计和优化的效率。该文首先研究锂离子电池电化学、热、力的多物理场耦合机制,建立锂离子电池电化学-热-应力三维耦合模型;其次搭建锂离子电池充放电实验平台并测试不同倍率下电池的表面温度和表面压力,验证了所建模型的有效性;最后通过验证后的模型分析了电池在不同倍率恒流充电过程中内部应力分布及演化规律。该模型可以有效获取锂离子电池在运行过程中的应力分布情况,有助于电池失效机理研究,为电池的优化设计和应用提供参考。

摘要：基于临界折射纵波(longitudinal critically refracted waves,LCR)声弹性理论,采用不同激励频率的LCR波可对试件不同深度的平均残余应力进行测量。压电超声换能器都有其固定的激励频率,测量不同深度的应力需要更换所对应频率的压电换能器,操作较为繁琐。针对该问题,根据电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)激发原理,提出一种可以激发不同频率LCR波的电磁超声激励装置设计方案,并将其应用于试件不同深度应力的检测中,提高应力检测效率。设计电磁超声临界折射纵波激励装置,仿真分析不同频率LCR波的激励效果;制备应力随深度变化的待测试件,并基于电磁超声LCR激励装置对不同深度的应力进行检测,验证了该方法在检测金属结构不同深度的应力分布的有效性。

摘要：基于临界折射纵波对金属材料进行应力无损检测具有广泛的应用前景,该检测技术中金属材料声弹性系数的标定尤为重要。目前金属材料声弹性系数标定方法主要是采用机械加载方式对金属材料进行拉伸测试,这种方法不适用于一些在役金属构件的声弹性系数的测量。针对上述问题,该文基于洛仑兹力的产生机理设计了一种用于铝板声弹性系数标定的电磁加载装置。采用二维仿真模型对装置进行了尺寸参数分析与选择,建立三维有限元仿真模型计算铝板轴向电磁加载力。搭建了电磁加载实验平台,测量电磁加载状态下铝板中临界折射纵波的传播时间并计算铝板中轴向应力平均值,实验结果与仿真结果基本一致,验证了电磁加载装置的可行性。

摘要：用于小尺寸薄板试件超声检测时,兰姆波的频散和多模态特性、电磁超声换能器(EMAT)的多方向发射特性以及板材的端面反射影响等将导致采集的超声回波信号十分复杂,不利于进一步分析信号。该文在传统EMAT的基础上,依据波的叠加原理,提出一种利用四个曲折线圈激发单向单模态兰姆波的电磁超声兰姆波激励方法,通过改变线圈线间距、激励电流方向和延迟时间等来选择性地控制兰姆波的激发方向和模态,减少缺陷检测中的干扰波,并将其应用于小尺寸板材的缺陷检测。通过与传统单线圈EMAT进行仿真和实验对比,验证了该新型EMAT在10 cm长的薄铝板缺陷检测中的可行性,缺陷回波信号清晰可辨,大大降低了后续的信号处理难度。

摘要：对金属结构进行电磁加载,会在裂纹处产生应力波信号,利用该现象可以实现对金属缺陷的无损检测,即电磁声发射技术。脉冲激励源作为电磁加载的核心,其输出电流的频率、幅值等参数对加载效果有显著影响。针对电磁加载实验中对激励源的要求,设计基于半桥型开关电路原理的可调稳压电源、以电容器作为储能元件的充放电回路,并利用单片机实现对电容充放电过程的调控,以产生频率和幅值可调的脉冲电流。将激励源应用于电磁加载实验,输出结果达到了设计要求。

摘要：电磁声发射技术是一种新型的无损检测技术,对金属材料进行电磁加载会在裂纹处激发出声发射信号,利用这一现象可实现对金属缺陷的无损检测。本文对电磁声发射技术的实现原理进行了深入分析,设计了相应的电磁加载装置,搭建了电磁声发射试验平台,并针对铝质薄板试件进行了检测试验。通过对大量的试验采集信号进行能量和时频分析,研究了脉冲大电流的幅值、持续时间、电极加载位置以及加载历史等电磁加载参数的变化对于电磁声发射信号的影响规律,为该技术的工程应用打下了良好的基础。

摘要：永磁扰动检测是一种新型无损检测技术,通过永磁扰动传感器在铁磁构件表面扫查并拾取受缺陷影响下静磁场变化情况来判别缺陷尺寸大小。本文深入分析了永磁体与缺陷的扰动机制,并针对传感器设计理论不足、永磁扰动检测信号微弱等问题,提出了采用环绕式体线圈探测永磁体内产生的磁扰动及采用螺旋线圈探测永磁体与缺陷间的外磁扰动,并在此基础上探究感应线圈及永磁体的几何参数对永磁扰动检测效率的影响。通过有限元模型多参数化扫描及正交试验设计方法对永磁扰动传感器进行了优化设计,该方法能够有效地提高永磁扰动内、外感应电压的幅值。

摘要：传统典型代理模型需要使用大量样本点实现高精度全局预测,对时间和计算资源的消耗很难满足工程和科学计算所需,鉴于优化设计依赖代理模型和优化算法,提出一种小样本条件下实现高效预测的智能布点模型。考虑到优化问题只需构建帕累托前沿附近(局部)的高精度代理模型,通过信赖域思想改进并实现智能布点方法,其采样空间与代理模型会根据预测精度的需求进行更新,提高了代理模型更新效率和预测精度。以小型非晶合金变压器为验证案例,在只有70组样本数据下对比了智能布点代理模型和传统典型正交实验方法,结果表明智能布点代理模型的预测精度相比传统代理模型提高了16%左右,验证了该代理模型在少样本情况下的有效建模和预测精度,并进行了优化设计。

摘要：电磁超声技术可以在无需耦合介质和无需对试件预处理的情况下对高温、高速、表面粗糙等恶劣条件下的试件进行非接触检测。本文设计了电磁超声扫描装置,探头可以在x、y方向上进行步进扫描,同时可以调节探头的高度,达到了控制探头扫描轨迹的目的。为了扫描装置能够对被测试件进行快速准确地跟踪扫查,本文设计了基于单片机的步进电机控制系统,可以对探头的扫描速度、扫描方向进行实时地调节,实现了探头匀速扫描,并采用阶梯升速法精确地控制步进电机的直线移动距离,从而实现了对探头的定位。

摘要：对金属结构中疲劳裂纹的检测是结构寿命预测和失效分析的关键,线性超声或其他无损检测方法难以有效识别疲劳裂纹。以非线性波动理论为基础,根据电磁超声换能器的激发特点和兰姆波(Lamb波)的波结构特点,设计双线圈Lamb波混频电磁超声换能器,建立混频电磁超声换能器有限元仿真模型,研究混频位置和非线性系数之间的关系,分析了不同裂纹深度对超声调制效应的影响。最后,进行疲劳裂纹的电磁超声混频非线性实验,通过铝板中两个声场是否发生非线性调制来判断铝板是否有疲劳裂纹;根据疲劳裂纹板中不同位置处的非线性系数大小,对疲劳裂纹进行定位;研究非线性系数随不同裂纹长度的变化情况,依据非线性系数的变化可以有效监测裂纹的扩展。研究结果证明了所设计的Lamb波混频电磁超声换能器检测疲劳裂纹的可行性、有效性。