涡流传感器在材料裂纹无损检测中的应用

© 2014Harzallah S.和Chabaat M.出版社：Elsevier B.V.由美国应用科学研究所负责选择和/或同行评审可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectAASRI Procedia 9（2014）57 - 632014年AASRI电路与信号处理会议（CSP 2014）用于应力强度因子Salaheddine Harzallah*，Mohamed Chabaat建成环境研究实验室，Houari Boumediene科技大学土木工程系B.P 32 El Alia Bab Ezzouar，Algiers 16111阿尔及利亚.摘要本文采用涡流传感器作为材料裂纹和微裂纹控制的无损检测工具。采用有限元法等数值方法进行模拟，以检测材料中的裂纹，并最终使用应力强度因子（SIF）等关键参数研究其传播这该方法已成为探测材料裂纹、评估应力强度因子和用线弹性断裂力学（LEFM）分析裂纹扩展。这种方法利用位移外推法，将计算结果与积分相互作用的结果进行比较。另一方面，将最大周向应力准则与临界平面相结合，对裂纹扩展进行了模型化分析，预测了裂纹扩展的方向。在这项研究中，一个恒定的裂纹扩展增量确定使用经典的巴黎的模型，或所谓的修改巴黎的模型。本文还表明，这些模型所需的应力强度因子计算使用的J积分相互作用的域形式。© 2014作者。出版社：Elsevier B. V.这是CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所科学委员会负责同行评议关键词：无损评价，涡流，复阻抗，应力强度因子。* 通讯作者。联系电话：+213-772-771-071;传真：+0-000 - 000 -0000电子邮件地址：harzallahozil@yahoo. fr。2212-6716 © 2014作者出版社：Elsevier B.诉 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所科学委员会负责的同行评审doi：10.1016/j.aasri.2014.09.01158Salaheddine Harzallah和Mohamed Chabaat / AASRI Procedia 9（2014）571. 介绍应力强度因子（SIF）是线弹性断裂力学（LEFM）中的一个重要参数，用于评估包含裂纹和奇异应力场的结构的结构完整性[1]。应力强度因子给出了裂纹尖端区域应力场强度的量度。它还提供了分析裂纹扩展或灾难性故障的可能性，如果负载施加到结构上[2]。应力强度因子可以使用应力和应变分析或测量裂纹扩展释放的能量的参数来计算。应力强度因子可以通过解析法或数值技术估算[3，4]。解析法计算应力强度因子更为复杂，但它们具有一定的优势;解析解可适用于一系列裂纹长度，另一方面，数值技术需要计算与每个应力强度因子值对应的每个裂纹长度的应力场或应变场。给定结构的应力和应变场可以使用几种技术计算[5]。最常见和可用的方法可以在采用有限元法（FEM）[6]或边界元法（BEM）[7]的几个商业软件包中找到。如今，基于无网格方法（如扩展有限元模型（XFEM））的新技术正在兴起，与传统方法相比具有多项优势，特别是在断裂力学问题中[8]。2. j积分为了确定描述材料弹塑性行为的能量量，Rice [9]引入了围线积分或线积分，该积分包围裂纹前缘，如图1所示。Ƚቂ日本语简体中文繁体中文图1：裂纹表面周围的J积分等值线。其中J、w、ds、εr、ε r和n分别是有效能量释放率、弹性应变能密度（或塑性加载功）、沿轮廓的微分元素、ds处的位移向量、任意逆时针轮廓和垂直于ε r的向外单位。在J积分法中，编制了计算应力强度因子的程序，第1001章：一个人的世界（2）Salaheddine Harzallah和Mohamed Chabaat / AASRI Procedia 9（2014）5759İE你好H其中K=应力强度因子，J=J积分值，E =杨氏模量，ε=泊松3. 位移外推位移外推法被开发用于仅使用裂纹尖端周围的单元的节点位移来获得裂纹尖端奇异应力和应力强度因子[10]。裂纹尖端附近位移场可以表示为应力强度因子、裂纹尖端位置以及裂纹扩展方向取向的级数函数。ξଶగሺǤǤ ሺ ሻሺǤǡሺሻሺǤ ିିǤ ሻሾξଶగξǤሺǤǤሺሻ中国（3）ǤሺǤǡሺሻሺǤ ିିǤ ሻξǤ中国（4）Ǥ当模型包含奇异元素时，使用此技术，并且可以在这些元素内进行外推，以考虑它们引起的奇异性[11]。使用此方法，我们可以通过检测”裂缝开口来确定SIF。”——通过涡流使用非破坏性技术获得这些数据，以便外推相应的节点„，[2]ƒ…4. 基本方程电磁学的基本定律支配着在导电材料中感应的磁场和电流的分布。这些定律由麦克斯韦方程组[12]给出如下：（） CIBB阿勒特（五）（六）（ H）的 J.D.阿勒特中文（简体）（B）100 其中H、B分别是矢量磁场和感应。 J是电流的矢量密度。 E和D分别对应于电通量场和密度的矢量在上述等式中， （八） D. E （九）J.J.（十）其中，是材料对于场H的绝对磁导率，是材料的介电常数60Salaheddine Harzallah和Mohamed Chabaat / AASRI Procedia 9（2014）57并且，磁势矢量是材料的电导率。此外，磁势矢量由下式给出 B型（A）（十一）将方程（11）代入方程（5）并考虑标量势，得到：E A阿勒特（十二）并且将等式（10）与等式（12）组合得到以下等式：JA阿勒特（十三）从方程（12）和（13）可以注意到，磁势和感应电流的密度在相同的方向上。感应电流只有一个分量，它可以通过将方程（8）代入方程（11）和将方程（13）代入方程（6）得到;罗丹明A ıAJ斯考特s（十四）其中Js表示电流源的密度。方程（14）是指磁动力学方程。所有上述表达式都以一种形式书写，使得它们可以在使用电磁方程的有限元公式中使用。这种弱形式被认为是边界积分，这使得有可能定义自然边界条件。然后，对最新的离散化采用二阶多项式，可以得到以下系统;你好。你好，我是一个很好的人。第15章：你是我的女人其中[A]是A的值的向量列和，[J]是源的矩阵向量。[S]和[T]是从器件的几何形状开始的方阵。5. 模拟一个（传感器板非磁性）无裂纹考虑无裂纹的非磁性管的测试，其特征在于磁导率等于1，高电导率36.7ms，由密度J = 2.67 106A/m的正弦电流激励，频率为1 kHz。模拟结果如图2、3和4所示。通过涡流的控制需要使用非常高的频率。Salaheddine Harzallah和Mohamed Chabaat / AASRI Procedia 9（2014）57618裂缝w=5mm6裂纹扩展420-2-2-1 0 1 2图2：f =10 kH3530252015100 1 2 34x 10-3450040003500300025002000150010000 1 2 3 4x 10-3图3：在模式I下包含外部裂纹的非磁性传感器板的模拟。I型裂纹裂缝的长度8.587.576.525002000一1500100050060 0.5 1 1.5 2 2.53x 10-300 0.5 1 1.5 2x 10-3图4：在模式II下的包含外部裂纹的非磁性传感器板的模拟a) 阻抗Z与裂纹裂缝6. 结果解释图3显示了阻抗Z和KI随裂纹扩展很明显，阻抗的差值Δ Z取决于裂纹的深度。后者与Δ Z的增加成正比。此外，当深度随深度减小而导致KI减小时，计算SIFKI。然后，缺陷的深度影响阻抗。图4显示了阻抗Z的变化B62Salaheddine Harzallah和Mohamed Chabaat / AASRI Procedia 9（2014）57091KⅡ与裂纹宽度的关系。我们观察到，阻抗的差异是依赖于裂纹颜色：von Mises高度：von Mises120001000015000800010000500000.0460.0450.0440.0430.0420.0410.040.010.020.030.040.050.060.070.0.08600040002000颜色：exy高度：exy0.0200.10.05-0.020-0.05-0.10.0460.0450.0440.0430.0420.0410.0400.020.040.060.0.08-0.04-0.06-0.08图5：a）应力场。 b）位移场。7. 结论在本文中，我们研究了涡流传感器作为一种工具，以控制材料中的裂纹和微裂纹的有用性。本研究中进行的模拟得出以下结论：-仅在一个点上测定阻抗不足以确认两种类型的材料（非磁性或磁性）是否存在缺陷。这种行为导致我们沿着管的阻抗的评估。-外部缺陷的检测需要使用高频的传感器的能量。-缺陷的位置（内部、中间或外部）对阻抗有很大的影响。所获得的结果表明，相对于检测的表面缺陷的差分传感器的大的灵敏度。然而，这种类型的传感器的主要缺点在于它不能检测位于两个卷轴之间的缺陷。-应力强度因子的确定是检测给定模型奇异性的一个重要参数。Salaheddine Harzallah和Mohamed Chabaat / AASRI Procedia 9（2014）5763引用[1] A.Zaoui，H.Menana，M.Feliachi，G.Berthiau;使用阵列涡流传感器的无损检测中的逆问题，传感器2010，10，8696-8704[2] S. Harzallah，M.测定裂纹参数的无损技术微分模式中的涡流，应用力学与材料杂志，第532卷，第100页。81-87，（2014）.[3] Y. Liu，S.Mahadevan;复合型载荷下的门槛应力强度因子和裂纹扩展速率预测，《工程断裂力学》，第74卷，2007年，页。332-345[4] M.李文，等.边界元法在固体力学中的应用.北京：机械工程出版社，2002.[5] K.Dréau，N. Chevaugeon，N.Moë;研究X-FEM丰富处理材料界面与高阶有限元，计算机方法在嵌入式机械和工程，第199卷，2010年。[6] O. C.齐恩凯维奇赞德河L.陈文辉，有限元素分析法，国立台湾师范大学，1996。[7] F.张文，等.边界元法.北京：清华大学出版社，1997.[8] S.博尔达斯湾复杂结构损伤容限评估的丰富有限元和水平集。工程断裂力学，73：9，pp。1176-1201，2006.[9]J. R. Rice; J.Appl.Mech.35（1968）379-386[10] P. C. Paris和G. C.裂纹应力分析。断裂韧性测试及其应用，ASTM STP 381，pp.30-83，费城，1965.ASTM（American Society for Testing and Materials）[11] M. Chabaat，H. Seddiki;裂纹-银纹模式相互作用过程中的应力分析：数学方法，国际关键工程材料杂志，第345-346卷，第346页。1617-1620，2007年。[12] A.斯卡拉托斯湾Pichenot，D. Lesselier，M. Lambert和B. Duchêne;通过体积积分公式对受损铁磁金属管进行电磁建模。IEEE Trans. Mag，Vol. 44，pp. 623-632，2008。