電磁超聲鋼板測厚技術研究

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1、沈陽工業(yè)大學碩士學位論文電磁超聲鋼板測厚技術研究ResearchoftheSteelThicknessDetectionTechnologyBasedontheElectromagneticUltrasonic作者:陳俊哲單位:信息科學與工程學院指導教師:楊理踐教授單位:沈陽工業(yè)大學協(xié)助指導教師:單位:單位:論文答辯日期:2015年2月28日學位授予單位:沈陽工業(yè)大學摘要電磁超聲具有非接觸、無需耦合、適于高溫檢測、易于激發(fā)各種超聲波形等優(yōu)點,近幾十年來逐漸成為了人們研究的熱點,并在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。金屬板廣泛應用于航空航天

2、和汽車工業(yè)以及壓力容器中,為了確保工廠和設備的安全,對金屬板厚度進行精確的測量非常重要。電磁超聲的上述優(yōu)點能實現(xiàn)對金屬板的高速自動測厚,能對有大范圍腐蝕減薄的金屬板進行檢測。本文研究了電磁超聲檢測技術的基本理論,其中包括基于洛倫茲力的EMAT理論和基于磁致伸縮機理的EMAT理論。推導了在非鐵磁性材料和鐵磁性材料中電磁超聲換能器各物理場中物理量之間的數(shù)學關系,分析了各物理場之間的耦合過程;研究了電磁超聲橫波和縱波產(chǎn)生機理、測厚原理以及橫波和縱波測厚換能器結(jié)構(gòu);對EMAT的結(jié)構(gòu)參數(shù)和換能器換能效率之間的關系進行了數(shù)學描述。采用有限元軟件

3、COMSOL對電磁超聲橫波和縱波測厚換能器進行了實體建模及仿真分析。對于縱波測厚EMAT換能器,建立了馬蹄形和圓環(huán)形兩種模型,分析了其靜態(tài)磁場和交變磁感應強度分布規(guī)律,得到鋼板表面的渦流密度及其所受的洛倫茲力分布圖,研究了電流頻率、線圈的參數(shù)、永磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)對其換能效率的影響,確定了較優(yōu)的換能器結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)合實驗平臺,分別采用設計的電磁超聲橫波測厚EMAT和縱波測厚EMAT對鋼板和鋁板進行厚度檢測實驗。通過對不同厚度的鋼板和鋁板進行厚度檢測,驗證了理論和仿真的正確性。橫波換能器對鋼板厚度檢測時,與鋁板檢測結(jié)果相比,回波數(shù)較少,表明在

4、鋼板中聲波衰減更快,需要選擇合適的外磁場減小磁致伸縮力和洛倫茲力的相互干擾,以增強在鋼板中的換能效率。對橫波和縱波測厚的差異性進行了分析,橫波測厚靈敏度更高,而縱波能實現(xiàn)更快速的厚度檢測。設計的橫波和縱波EMAT能很好地應用于金屬板的厚度檢測。關鍵詞:電磁超聲,厚度檢測,橫波,鋼板,縱波,有限元分析,回波信號IAbstractEMAThastheadvantagesofnon-contact,nocoupling,suitableforhightemperaturetesting,anditeasilyinspiresvarieti

5、esofultrasonicwaveform.Inrecentdecades,EMAThasgraduallybecameahotresearchtopic,andhasbeenwidelyusedinindustrialproduction.Metalplatesarewidelyusedintheaerospaceandautomotiveindustriesaswellasthepressurevessel.Inordertoensurethesafetyoffactoryandequipment,theaccuratemea

6、surementsforthicknessofthemetalplateisveryimportant.TheseadvantagesofEMATcanmakeitachievehigh-speedautomaticmeasurementofmetalplatethickness,andhavetheabilitytodetectawiderangeofcorrosionandthinningofmetalplates.Inthispaper,theresearchincludesthebasictheoryofelectromag

7、neticultrasonictestingtechniqueswhichiscomposedofthetheoryoftheLorentzforceandtheEMATtheorybasedonthemagnetostrictivemechanism.ThemathematicalrelationshipbetweenEMATphysicalofeachphysicalfieldinnon-ferromagneticmaterialsandferromagneticmaterialsisderived.Thecouplingpro

8、cessbetweenthevariousphysicalfieldsisanalyzed.Studytheelectromagneticultrasonicshearandlongitudinalwavegenerationmech

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