金属磁记忆技术在无缝钢轨应力测试中的应用研究

摘要

如何对无缝钢轨的温度应力进行连续、动态、准确的监测，是铁路部门长期悬而未决的难题。由于无缝线路的扣件阻力及道床阻力的作用，使得长钢轨只能在两端100m范围内发生热胀冷缩。中间部分为固定区，不随轨温的变化而收缩或膨胀。于是钢轨内存储了相应的纵向温度应力。夏季时气温急剧升高时，而轨温要高于气温20℃，此时线路积聚了巨大的内应力，在某一较短的长度内释放其能量，就会发生胀轨跑道。而在冬季铁轨的度又比气温低很多，钢轨承受很大的拉应力，在拉应力达到一定值时，就会拉断钢轨，造成重大铁路事故。因此能够实时检测线路实际的纵向温度力，对指导线路的维修，以及对发生胀轨和断轨事故的可能性做出合理的评估具有重大的意义。本课题主要围绕金属磁记忆技术对无缝钢轨温度应力的检测进行了研究，检测了使役无缝线路的应力集中，并通过实地试验以及实验室检测给出了无缝线路的温度应力总体评估报告。主要内容包括：
　　 1、在弹性力学、铁磁学等理论基础上，解释了磁记忆效应的原理，介绍了漏磁检测中的磁偶极子模型，分析了铁磁性构件的自有漏磁场。
　　 2、利用金属磁记忆技术对无缝线路温度应力进行了全面的监测，获取了大量的测试数据，并结合其他无损检测方法综合评价了线路的应力分布情况。通过钢轨试件的载荷试验验证了钢轨的磁场强度值随拉应力的增加而降低，随着压应力的增加而增大，与载荷为近似线性关系。
　　 3、介绍了利用该技术研制的一台金属磁记忆应力检测仪的硬件结构及软件设计。并分别用俄罗斯TSM-1M-4型金属磁记忆检测仪和自制的金属磁记忆检测仪对CCSB焊接钢板进行了磁记忆检测数据的对比实验，证明了自制仪器性能可靠、测试数据准确。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章 绪论

1.1论文背景

1.1.1无缝线路的简介

1.1.2胀轨跑道

1.1.3无损检测技术应用于铁路安全检测中的意义

1.2无损检测技术发展概况

1.3金属磁记忆检测技术

1.3.1传统无损检测方法的不足

1.3.2磁记忆检测技术及其发展

1.3.3金属磁记忆技术应用于铁路应力检测中的优势

1.4本章小结

第二章 金属磁记忆检测的理论基础

2.1引言

2.2铁磁性物质的性质

2.2.1铁磁性物质的基本特征

2.2.2磁畴

2.2.3铁磁材料的磁化理论

2.2.4磁化曲线和磁滞回线

2.2.5磁机械效应

2.2.6固体缺陷和技术磁化性能

2.2.7铁磁晶体内的磁弹性能和应力能

2.3磁记忆效应及其物理原理

2.3.1零值线及磁场梯度值

2.3.2磁记忆效应的物理解释

2.4磁偶极子模型及铁磁构件的自有漏磁场

2.4.1磁荷的概念

2.4.2漏磁检测的磁偶极子模型

2.4.3铁磁性构件的自有漏磁场

2.5检测标准的量化研究

2.5.1零点特征

2.5.2沿长度方向的梯度

2.6本章小结

第三章 金属磁记忆技术在无缝钢轨温度应力检测中的研究

3.1引言

3.2无缝线路基本知识

3.2.1温度力与锁定轨温

3.2.2阻力

3.3试验工作概述

3.4试验检测仪器介绍

3.4.1金属磁记忆检测仪器

3.4.2 TSC-1M-4检测仪器的检测参数

3.4.3其他检测仪器

3.5金属磁记忆检测仪的载荷测试与应用试验

3.5.1载荷测试

3.5.2金属磁记忆检测仪的现场试验

3.6本章小结

第四章 金属磁记忆应力检测仪的研制

4.1引言

4.2磁记忆检测仪器结构简介

4.3磁记忆传感器及信号采集、处理、显示系统设计

4.3.1系统介绍

4.3.2传感器的选择

4.3.3补偿电路及放大电路的设计

4.3.4滤波电路的设计

4.3.5传感器的制作及测量中的问题

4.3.6模/数转换原理

4.3.7液晶显示电路

4.3.8单片机控制电路

4.3.9软件设计

4.4本章小结

第五章 对CCSB焊接钢板的磁记忆检测研究

5.1引言

5.2三种情况下金属磁记忆检测有效性的研究

5.2.1稳恒电流对金属磁记忆检测的影响

5.2.2稳恒磁场对金属磁记忆检测的影响

5.2.3交流磁化干扰对金属磁记忆检测的影响

5.3对CCSB焊接钢板的磁记忆研究试验

5.3.1对焊接钢板的磁记忆检测研究

5.3.2对焊接钢板的磁记忆对比试验

5.4本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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