论文部分内容阅读
斜拉桥拉索检测特别是拉索锈蚀无损检测问题一直是工程界亟待解决的难题。拉索作为斜拉桥重要的承载构件,其健康状况直接关系到斜拉桥的安全和使用寿命。目前拉索锈蚀已成为影响拉索健康状况的关键性因素,但拉索锈蚀具有隐蔽性,常规技术难以检测。镀锌钢绞线拉索作为斜拉桥拉索工程中常用索结构,其锈蚀的实质是镀锌钢绞线发生了金属腐蚀。镀锌钢绞线作为典型铁磁性构件,其在锈蚀之后会产生局部的应力集中和截面损失缺陷等损伤,并会在缺陷损伤表面形成自发漏磁场。作为一种弱漏磁无损检测技术,金属磁记忆检测技术的实质是依据铁磁性材料表面与缺陷损伤信息相关的自发漏磁效应,对材料损伤进行有效的定量化检测。基于此,本文从金属磁记忆漏磁检测理论出发,开展了钢绞线试件锈蚀缺陷漏磁检测试验和有限元数值仿真模拟,通过理论分析、试验研究和仿真分析剖析了钢绞线锈蚀缺陷磁记忆漏磁信号分布变化特征,构建了基于金属磁记忆信号特征的钢绞线锈蚀度判别准则,进而达到量化检测钢绞线锈蚀的目的。本文主要研究内容如下:(1)探究了钢绞线锈蚀缺陷漏磁检测原理。结合自发漏磁理论和电磁场磁荷理论,提出了基于磁记忆技术的钢绞线锈蚀缺陷漏磁检测磁偶极子模型,针对该模型影响参数进行了适应性分析,并研究了磁偶极子模型检测锈蚀缺陷的有效性;开展了地磁屏蔽试验研究,探究了锈蚀缺陷漏磁产生的机制,研究表明试件自发磁化是缺陷漏磁形成的前提,锈蚀是存在自发磁化场的试件产生缺陷漏磁的诱因;而试件缺陷漏磁的产生并非地磁场的直接作用,且地磁场不影响试件锈蚀缺陷漏磁信号分布。这些为后续基于金属磁记忆检测技术的试验研究提供了理论支撑和指导。(2)开展了无应力钢绞线锈蚀缺陷漏磁检测试验。通过三轴微磁检测系统对无应力钢绞线试件进行了锈蚀缺陷漏磁信号顺向水平扫描和竖向提离扫描,在试件锈蚀缺陷漏磁信号扫描过程中探究了试件摆放方位、磁测传感器提离高度、试件锈蚀宽度、试件锈蚀深度和试件长度等因素对试件锈蚀缺陷漏磁信号分布变化规律的影响,并根据影响情况构建了相应表征试件锈蚀缺陷信息的磁记忆漏磁特征参量。(3)开展了有应力钢绞线锈蚀缺陷漏磁检测试验。探究了应力状态对试件表面磁信号影响情况,并初步探究了持荷状态下试件锈蚀缺陷漏磁信号分布变化特征,研究表明持荷状态下不同锈蚀程度的钢绞线试件顺向水平扫描锈蚀缺陷漏磁信号切向分量归一化峰值、法向分量归一化峰峰值及法向分量归一化峰峰值间距等特征参量与试件锈蚀度的关系呈现Boltzmann函数分布形式,且钢绞线试件持荷状态下的拉力与漏磁信号归一化峰值同样呈Boltzmann函数分布;持荷状态下不同扫描水平间隔的试件竖向提离漏磁信号法向分量Bz曲线存在交叉点,且交叉点与锈蚀程度及试件拉力之间均呈现Boltzmann函数分布形式。为此可通过这些锈蚀缺陷漏磁信号特征参量与试件锈蚀度构建的Boltzmann函数分布关系式来对持荷状态下的钢绞线试件锈蚀缺陷进行反演,进而达到锈蚀度检测的目的。(4)通过有限元仿真模拟验证了锈蚀缺陷磁记忆漏磁检测磁偶极子模型的正确性、合理性以及锈蚀缺陷漏磁检测试验的可行性,进而阐明了金属磁记忆检测技术作为钢绞线试件锈蚀缺陷检测技术和手段的可行性。