在役纜索索力時空變換電磁檢測原理與方法

《在役纜索索力時空變換電磁檢測原理與方法》是依託華中科技大學，由武新軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：在役纜索索力時空變換電磁檢測原理與方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：武新軍
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

鋼纜索具有高強質輕等突出優點，廣泛套用於橋樑、旅遊索道等大型預應力結構。採用合適方法實現在役纜索索力檢測對保證上述結構安全運營具有重要意義。電磁法作為一種非接觸測量方法，其檢測結果不受纜索垂度、邊界條件等影響，具有廣闊的套用前景。但也存線上圈發熱、安裝困難等不足，極大地制約該方法的套用。在此背景下，本項目在尋找空間域磁場和時間域磁場對纜索作用等效性的基礎上，提出在役纜索索力時空變換電磁檢測原理，將現有纜索索力電磁測量方法從時間域的測量轉化為空間域的測量，突破已有電磁法測索力由於需要輸入交變電流引入的測量方法上的限制。並從磁力表征模型、恆定勵磁方法、磁場空間濾波方法、標定及補償方法等方面對該檢測原理進行深入研究。在理論上，該研究將豐富磁力耦合機理的相關內容；在實踐上，將尋求得到一種全新的索力測量方法，從而為大型纜索結構安全評價提供新手段。

結題摘要

纜索作為一種深加工金屬製品，廣泛套用於斜拉橋、懸索橋、拱橋等橋樑中，作為一種關鍵承力部件，如何便捷地獲取索力（即應力）狀態對保證其安全使用具有重要意義。針對現有應力電磁方法多採用時變磁場作為激勵磁場，存線上圈纏繞困難、長時激勵線圈發熱以及渦流影響檢測結果的不足，本項目提出利用恆定磁場激勵下，構件上產生的空間變化磁場實現應力檢測，突破現有時變磁場方法的限制。 首先，提出了一種基於磁彈效應的應力恆磁檢測原理，克服現有時變磁場應力檢測中渦流效應對檢測結果的影響，給出了一種均勻應力下鐵磁構件起始磁化曲線恆磁推算方法。其次，確定了適用於纜索應力恆磁檢測的永磁恆定磁場激勵方法，使其滿足局部均勻與全局衰減正交條件的空間變化磁場條件，實現了應力測量所需的磁場激勵。然後，探尋了由纜索表面不同提離下磁感應強度外推外表面上磁感應強度的方法以及由構件外表面磁感應強度計算構件內部磁感應強度的方法，實現了由纜索外部測量值推知纜索內部磁場分布。進一步，研究了鐵磁構件應力恆磁檢測磁參數表征方法，在原理上確定了不同類型材料的微分磁導率同應力的關係方程，並最終確定了分別適用於高碳鋼和中碳鋼應力表征的磁參數。最後，在分析影響索力測量諸因素的基礎上，設計纜索的退磁裝置,削弱纜索剩磁對索力測量的影響，研製了纜索及其組成單元鋼絲與鋼絞線的檢測感測器，開發了應力恆磁檢測原型系統，實驗結果表明應力檢測誤差小於10%。 本項目申請發明專利3項，授權1項，發表論文8篇，其中SCI收錄5篇，獲計算機軟體著作權1項，培養博士研究生2名。項目成果為在役纜索索力檢測提供了一種新途徑，有望發展成為一種方便快捷的鐵磁構件工作應力檢測方法，同時也為獲取鐵磁構件起始磁化曲線提供了一種新思路，對推動鐵磁材料電磁特性在役測量具有重要意義。