基于力磁效应的裂纹方向判断方法技术

本发明专利技术提供一种基于力磁效应的裂纹方向判断方法，首先以裂纹点为参考点，在0度至180度范围内设置m+1条扫查路径，然后依次施加与扫查路径方向一致的拉伸载荷，测定扫查路径裂纹点对应的散射磁场强度垂直分量的梯度值，并寻找最大值，最后以梯度值最大的扫查路径作为参考，绘制通过裂纹点且垂直于扫查路径的直线，直线方向即为裂纹方向。本发明专利技术方法以裂纹点的磁场梯度值为抓手，采用遍历法来计算最大磁场梯度值，从而确定裂纹扩展方向，重复测量进而可以近似重构出裂纹的扩展路径。本发明专利技术所采用的判定方法准确可靠，适用于表面开口裂纹和未开口表层裂纹等多种类型裂纹，应用范围广泛，具有很高的工程应用价值。

A method of crack direction judgment based on magneto-mechanical effect

【技术实现步骤摘要】
基于力磁效应的裂纹方向判断方法
本专利技术涉及装备可靠性和安全评估领域，特别涉及一种基于力磁效应的裂纹方向判断方法。
技术介绍
裂纹是装备或构件中最为常见也是最为危险的缺陷形式，裂纹一旦发生扩展，会严重影响待检测设备或构件的安全服役，因此需要准确确定裂纹的扩展路径，评价待检测设备/构件的安全程度，制定相应的维修措施，例如在裂纹路径前端设置止裂孔来抑制裂纹扩展。确定裂纹扩展路径的本质是在于判定裂纹方向。但是，受构件材料不均匀性等诸多因素的影响，实际工程裂纹扩展方向具有一定的随机性，裂纹形状多为弯曲型，目前尚未有精确的理论模型能实现裂纹方向的判定。无损评估技术可以通过分析待检测设备/构件的声、光、电、热、磁等多物理场信息来评估损伤情况，是弥补理论模型不足的重要技术手段，但是在外场快速判定裂纹方向，仍存在一定的局限性，具体如下：(1)射线检测对实施现场要求很高，需要配备专用的防辐射措施，外场实施较为困难；(2)渗透检测虽然能通过着色剂将表面开口缺陷很好地显现出来，但是需要事先对裂纹部位进行表面处理，去除涂层、漆层或锈蚀等覆盖物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于力磁效应的裂纹方向判断方法，其特征在于，以裂纹点为参考点，在0度至180度范围内设置m+1条扫查路径，然后依次施加与扫查路径方向一致的拉伸载荷，测定每组扫查路径裂纹点对应的散射磁场强度垂直分量的梯度值，并寻找梯度值最大值，最后以梯度值最大值的扫查路径作为参考，绘制通过裂纹点且垂直于扫查路径的直线，直线方向为裂纹方向，裂纹方向判断方法的具体实施步骤如下：/nS1、在待检测设备或者构件的裂纹点发现未知方向的裂纹后，把裂纹点的几何位置作为参考点O

【技术特征摘要】
1.一种基于力磁效应的裂纹方向判断方法，其特征在于，以裂纹点为参考点，在0度至180度范围内设置m+1条扫查路径，然后依次施加与扫查路径方向一致的拉伸载荷，测定每组扫查路径裂纹点对应的散射磁场强度垂直分量的梯度值，并寻找梯度值最大值，最后以梯度值最大值的扫查路径作为参考，绘制通过裂纹点且垂直于扫查路径的直线，直线方向为裂纹方向，裂纹方向判断方法的具体实施步骤如下：
S1、在待检测设备或者构件的裂纹点发现未知方向的裂纹后，把裂纹点的几何位置作为参考点O1，并在裂纹所在的平面上建立第一条扫查路径P0；
S2、将所述第一条扫查路径P0的起始点置于参考点O1点的第一侧，将所述扫查路径P0的终止点置于O1点的第二侧，所述起始点和所述终止点关于所述O1点对称分布，且分别距离O1点的距离均为L，即所述第一条扫查路径P0的长度为2L；
S3、沿所述第一条扫查路径P0的方向，对待检测设备或构件的裂纹点施加拉伸载荷σ0，所述拉伸载荷σ0加载至步骤S5结束，所述拉伸载荷σ0的方向垂直于裂纹面，且裂纹点处于平面拉伸的应力状态；
S4、控磁敏传感器以恒定的提离值，匀速沿第一条扫查路径P0进行扫描，采集第一条扫查路径P0上各点散射磁场的垂直分量的磁场强度；
S5、对采集的散射磁场的垂直分量的磁场强度的分布进行分析，并计算第一条扫查路径P0上裂纹点的梯度值Grad0；
S6、解除步骤S3施加的拉伸载荷σ0，并将第一条扫查路径P0以O1点为旋转中心，在裂纹所在平面内依次顺时针或者逆时针旋转，旋转角度依次为θ1、θ2、θ3…θm，其中θm>…>θ3>θ2>θ1，直至θm＝180°，形成第二条扫查路径P1、第三条扫查路径P2、…第m条扫查路径Pm-1，接着分别以第二条扫查路径P1、第三条扫查路径P2、…第m条扫查路径Pm-1为基准，重复步骤S2～S5后，获得散射磁场的垂直分量的磁场强度的梯度值集合Grad0～Gradm；
S7、计算裂纹点对应的散射磁场的垂直分量的磁场强度的梯度值集合的最大值Gradn，即Gradn＝Max(梯度值集合Grad0～Gradm),其中0≤n≤m；
S8、将Gradn对应的扫查路径Pn作为基准，并在裂纹所在的平面内，绘制一条垂直于扫查路径Pn且以参考点O1为中心的直线S1，所述直线S1的两端分别与参考点O1的距离为D，所述直线S1的方向即为裂纹点O1的方向；以及
S9、分别以直线S1的两个端点作为裂纹点的参考点O2和O3，重复步骤S1～S8，分别绘制出直线S2和S3，依次联接S1、S2和S3等直线，能重构出裂纹的扩展路径。


2.根据权利要求1所述的基于力磁效应的裂纹方向判断方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括以下步骤：
S61、以裂纹点O1为旋转中心，以第一条扫查路径P0为参考，在裂纹所在平面内顺时针旋转一定的角度，形成第二条扫查路径P1，将第二扫查路径P1的起始点置于O1点的第一侧，将第二扫查路径P1的终止点置于O1点的第二侧，起始点和终止点关于O1点对称分布，且分别距离O1点的距离相等；
S62、根据合金钢材料的弹性极限选取第二拉伸载荷σ1，并沿第二条扫查路径P1的方向对构件施加第二拉伸载荷σ1并保持至步骤64结束，第二拉伸载荷σ1的作用方向通过裂纹点O1并垂直于裂纹面；
S63、控制霍尔元器件沿第二拉伸载荷σ1作用线的方向匀速扫描，并通过裂纹点O1，其中设定霍尔元器件的提离值恒定为1mm，扫描速度为1mm/s，扫描长度为10mm；最后将霍尔元器件采集获取的各点的散射磁场的垂直分量的磁场...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛楠，申加康，李贺，张建军，孙建勇，徐俊，鹿瑶，
申请(专利权)人：中国航空综合技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11