传感器小型化及钢梁应力电磁测试研究

论文摘要

随着我国钢产量的迅猛增长,加之冶炼技术的长足发展使钢材的品种、质量和性能都有了极大的提高,建筑用钢领域得到了空前的发展,大量钢结构建筑如雨后春笋般呈现在人们面前。然而如此众多的钢结构建筑,在改善人们生存空间的同时,其自身的健康状况(内力、损伤、材料性能变化等)却不容忽视,它关乎着我们的生命和财产安全。因此,作好钢结构的检测工作尤为重要。传统钢结构检测技术多是依赖于结构构件的变形或针对局部应变的检测,根据其本构关系确定结构构件的内力或应力,需要明确结构构件的加载历程,这对于在役钢结构大部分变形已完成,材料性能有所变化的情况下,检测其实际受力状态是非常困难的,有时甚至是不可能的。从目前的研究与应用情况来看,现有的结构无损检测技术在实际工程中的应用仍存在不少问题,有些方法尚不够完善,检测效果也十分有限,这些都在很大程度上限制了钢结构可靠度评估领域的发展。因此,急需寻求一种简单、准确的测试方法,能够针对在役钢结构在变形已形成的情况下来提取实际应力,以此做为全面分析钢结构可靠度及寿命评估的依据。本文所探讨的电磁测试方法是一种利用应力与感应电动势之间的关系,基于电磁学和力学理论来研究钢结构的磁与力之间关系的测试方法,其特点是,不依赖结构初始形变就能提取测试部位的应力。在以往研究中,已在实验室测得一些型钢构件的应力与感应电动势之间的关系,本次研究是在以往研究的基础上,将传感器进一步小型化,研究其性能参数和工作原理,提高传感器的移动测试功能。另外,按一定角度变换磁场,研究应变与感应电动势随磁场方向变化的特征,在应变与感应电动势关系的基础上引入磁场方向对其的影响,进一步向实用迈进。本实验利用分配梁对H型钢梁进行加载,测点布置在跨中截面的翼缘和腹板上。由应变测试系统与电磁测试系统组成,同步采集数据。加载范围控制在H钢梁弹性工作阶段,在每个磁场方向实测线应变和感应电动势,将应变与感应电动势按角度展开成曲线,分析受拉、受压区及腹板中性轴处测点的曲线性状特征,总结其规律性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外研究现状及分析
• 1.1.1 钢结构应力测试技术应用背景
• 1.1.2 国内外钢结构应力测试技术现状与特点分析
• 1.2 论文研究的主要内容
• 1.3 论文拟解决的关键问题
• 1.4 本章小结
• 第2章 应力电磁测试的磁化强度理论
• 2.1 铁磁材料的磁矩状态
• 2.1.1 铁磁材料
• 2.1.2 磁矩状态
• 2.2 钢构件被测部位分段磁路及磁通连续
• 2.2.1 磁路和磁路定律
• 2.2.2 测点部位分段磁通
• 2.3 应力对磁化强度的影响
• 2.3.1 应力对磁矩转动的影响
• 2.3.2 应力作用下电子磁矩转动速率对磁化强度变化的影响
• 2.3.3 受拉区磁矩与应力的关系
• 2.4 磁化强度变化对输出感应电动势值的影响
• 2.4.1 磁矩偏转对感应电动势的影响
• 2.4.2 磁化强度变化速率对感应电动势的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 小型应力电磁传感器制作与实验系统建立
• 3.1 锰锌铁氧体磁导特性
• 3.1.1 锰锌铁氧体材料
• 3.1.2 铁氧体的磁特性
• 3.2 锰锌铁氧体小型应力电磁传感器制作及参数
• 3.2.1 磁芯材料规格及主要参数
• 3.2.2 绕线材料规格及主要参数
• 3.2.3 锰锌铁氧体磁芯传感器制作方法
• 3.3 钢梁应力电磁测试实验系统
• 3.3.1 试验仪器
• 3.3.2 钢梁应力电磁测试系统
• 3.4 试件及加载装置
• 3.4.1 试件规格及加工
• 3.4.2 加载装置
• 3.5 励磁与传感信号接收
• 3.6 移动测试功能
• 3.7 本章小节
• 第4章 钢梁弯曲应力电磁测试研究
• 4.1 测点布置
• 4.2 试验方法与特征参数
• 4.2.1 试验流程
• 4.2.2 试验方法
• 4.2.3 特征参数
• 4.3 钢梁应变测试
• 4.3.1 应变花布置
• 4.3.2 应变花的粘贴
• 4.4 钢梁弯曲应力感应电势测试
• 4.4.1 电磁传感器的固定
• 4.4.2 试件绝缘
• 4.4.3 翼缘弯曲应力感应电势测试
• 4.4.4 腹板弯曲应力感应电势测试
• 4.4.5 应力、应变、感应电动势相互之间的变化规律
• 4.5 本章小节
• 第5章 数据处理及结果分析
• 5.1 钢梁应变数据处理
• 5.1.1 测点应变的提取
• 5.1.2 应变与角度关系
• 5.2 钢梁感应电动势数据处理
• 5.2.1 上翼缘感应电动势与角度的关系
• 5.2.2 下翼缘感应电动势与角度的关系
• 5.2.3 腹板感应电动势与角度的关体系
• 5.3 变角度磁场下感应电动势和应变的曲线特征
• 5.4 钢梁压应力提取方法
• 5.5 本章小节
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文研究结论
• 6.2 问题与展望
• 参考文献
• 附录 实验数据
• 致谢
• 个人简历