CN115166024A - 一种磁记忆检测异质金属涂层结合面损伤程度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁记忆检测异质金属涂层结合面损伤程度的方法，包括：1、通过有限元仿真得到异质金属涂层结合面的疲劳寿命云图；2、根据沿径向方向的疲劳寿命曲线将异质金属涂层结合面划分为三个区域，包括安全区域、敏感区域以及危险区域；3、利用磁性探头采集各区域涂层沟槽顶部与底部磁信号切向分量和法向分量；4、对不同区域的两条检测线上的各分量幅值作差，提取差值的最大值为磁信号特征量；5、基于t‑分布概率统计方法来确定异质金属涂层结合面不同区域损伤程度阈值，将检测的磁信号特征量与阈值进行比较实现损伤程度的检测。本发明能实现更加精准的磁记忆无损检测异质金属涂层结合面损伤程度，从而提升检测辨识度和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂层结合面损伤程度无损检测领域，具体为一种磁记忆检测异质金属涂层结合面损伤程度的方法。
背景技术
异质金属涂层具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，已被广泛的应用于机械关键零部件中，如液压系统活塞部件等。由于异质金属涂层和基材之间的组织特征、物理化学特性存在差异，因此异质金属涂层试样在制造和服役的过程中其结合面部位容易出现不同程度的缺陷损伤，主要有微裂纹、微孔以及界面未焊透等，这些缺陷损伤会影响涂层结合面的结合质量。为了保证异质金属涂层试样在制造和服役过程中的稳定性和可靠性，需要及时对试样进行无损检测，避免异质金属涂层试样出现严重损伤，防止酿成重大事故。
磁记忆作为一种新型的无损检测技术，其原理是利用铁磁性材料的自发磁化现象，对试样的应力集中以及缺陷部位进行有效的评估，因此其检测对象的材料磁导率及表面状态有一定的适用范围。但异质金属涂层由于其工况要求，其涂层结构经常选用一些非铁磁性材料，如青铜材料等，且涂层结构也常会有一些功能表面，如液压活塞端面的油槽结构等，这些材料特性及表面结构特征均会对磁记忆检测结果造成影响，因此如何利用磁记忆检测技术对上述异质金属涂层试样进行有效检测，以及对检测的磁信号进行科学的计算处理也是一个关键问题，目前尚未有人提出有效的磁记忆检测异质金属涂层结合面损伤程度的方法。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供一种磁记忆检测异质金属涂层结合面损伤程度的方法，以期能实现更加精准的磁记忆无损检测异质金属涂层结合面损伤程度，从而能提升对异质金属涂层结合面损伤程度定量化判断的辨识度和准确性。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种磁记忆检测异质金属涂层结合面损伤程度的方法的特点在于，包括如下步骤：
S1、对异质金属试样三维模型的涂层结合面位置进行高周疲劳有限元仿真，得到异质金属涂层结合面的疲劳寿命分布云图；
S2、沿疲劳寿命分布云图的径向方向提取疲劳寿命数值并绘制疲劳寿命曲线；
根据疲劳寿命范围将异质金属试样的端面划分为安全区域、危险区域、敏感区域，并分别命名为第Ⅰ个区域、第Ⅱ个区域、第Ⅲ个区域；其中，任意一个区域记为第n个区域；n＝Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ；
S3、对第n个区域制定两条同心圆检测线，且所述同心圆检测线的位置分别位于涂层沟槽的顶部与底部，利用磁记忆检测仪按照相同的提离高度和检测速度对第n个区域进行检测，并在检测过程中始终保持磁记忆检测仪探头稳定且垂直向下，从而得到第n个区域的第i条同心圆检测线上的切向分量磁信号Hp(xi)和法向分量磁信号Hp(yi)，i＝1,2；
对第n个区域的两条同心圆检测线上的各分量幅值分别作差，并提取幅值差值的最大值为磁信号特征量，从而得到切向磁信号特征量ΔHpn(x)max、法向磁信号特征量ΔHpn(y)max；
S4、按照步骤S3的过程对一批数量为M的异质金属试样进行磁信号检测，从而得到切向磁信号特征量集合
法向磁信号特征量集合
其中，ΔHpn(xj)max表示第j个异质金属试样的切向磁信号特征量，ΔHpn(yj)max表示第j个异质金属试样的法向磁信号特征量；
计算该批数量为M的异质金属试样的切向磁信号特征量的平均值
和法向磁信号特征量的平均值
切向磁信号特征量的标准偏差Sn(Hx)和法向磁信号特征量的标准偏差Sn(Hy)；
S5、假设该批数量为M的异质金属涂层结合面损伤程度服从t-分布，自由度f＝M-1，从而利用式(1)-式(2)得到该批异质金属试样的涂层结合面的磁信号特征量的置信区间：
式(2)-式(3)中，αn为第n个区域的显著水平，
为第n个区域的显著性水平对应的标准分数；
将
与
作为第n个区域的磁信号特征量的阈值；
S6、当n＝Ⅰ时，若第j个异质金属试样的第n个区域的磁信号特征量满足
将第j个异质金属试样的第n个区域的损伤检测结果记作Pj,0，否则，记作Pj,1；
当n＝Ⅱ时，若第j个异质金属试样的第n个区域的磁信号特征量满足
将第j个异质金属试样的第n个区域的损伤检测结果记作Qj,0，否则，记作Qj,1；
当n＝Ⅲ时，若第j个异质金属试样的第n个区域的磁信号特征量满足
将第j个异质金属试样的第n个区域的损伤检测结果记作Zj,0；否则记作Zj,1；
S7、综合各区域的损伤检测结果，得到整体损伤程度；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,0 Qj,0 Zj,0]，则表示第j个异质金属涂层结合面基本无损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,0 Qj,0 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面存在较轻损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,1 Qj,0 Zj,0]，则表示第j个异质金属涂层结合面存在一定损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,0 Qj,1 Zj,0]或[Pj,1 Qj,0 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面存在明显损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,1 Qj,1 Zj,0]或[Pj,0 Qj,1 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面存在较重损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,1 Qj,1 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面存在严重损伤。
本发明所述的磁记忆检测异质金属涂层结合面损伤程度的方法的特点也在于，利用式(3)计算第n个区域的损伤程度σn：
式(3)中，Nn为第n个区域的疲劳寿命，N*为无限寿命。
本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述方法的步骤。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1.本发明根据被检测试样结构特征，采用了有限元仿真来划分检测区域，采集每一检测区域中涂层沟槽顶部和底部区域磁记忆信号，利用在有缺陷损伤部位顶部和底部区域磁记忆信号峰值差异明显，通过计算磁信号差值作为特征量，对不同的检测区域制定不同的磁信号特征量阈值，并将各区域的检测结果综合在一起来判断试样损伤程度，从而实现了更加精准的无损检测评估。
2.本发明是从统计概率学角度出发，利用t-分布概率统计方法来确定磁信号特征量阈值，有利于减小磁记忆检测时出现不良的检测信号数据，并且采用切向分量和法向分量双重特征值进行计算，提升了对异质金属涂层结合面损伤程度定量化判断的辨识度和准确性。
附图说明
图1为本发明沿异质金属涂层结合面径向方向绘制的疲劳寿命曲线图；
图2本发明异质金属试样端面区域划分示意图；
图中标号：1、结合面损伤；2、涂层沟槽；3、异质金属涂层结合面；4、安全区域；5、危险区域；6、敏感区域。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步描述。
本实施例中，一种磁记忆检测异质金属涂层结合面损伤程度的方法，如图1和图2所示，是通过有限元仿真得到异质金属涂层结合面3各处的疲劳寿命云图，根据沿径向方向的疲劳寿命曲线将异质金属涂层结合面划分为三个区域，包括安全区域4、敏感区域6以及危险区域5，利用磁性探头采集各区域涂层沟槽2顶部与底部磁信号切向分量和法向分量，对不同区域的两条检测线上的各分量幅值作差，提取差值的最大值为磁信号特征量；基于t-分布概率统计方法来确定异质金属涂层结合面不同区域损伤程度阈值，将检测的磁信号特征量与阈值进行比较来实现对异质金属涂层结合面损伤程度的检测。具体的说，包括以下步骤：
步骤1，针对异质金属试样三维模型的涂层结合面位置进行高周疲劳有限元仿真，通过PROE软件来绘制异质金属试样的三维模型，将三维模型导入到有限元分析软件ABAQUS进行高周疲劳有限元仿真，赋予涂层、基体以及冶金结合层不同的材料属性，经计算处理可以得到异质金属涂层结合面的疲劳寿命分布云图。
步骤2，如图1所示，沿疲劳寿命分布云图的向方向提取疲劳寿命数值并绘制疲劳寿命曲线；
如图2所示，根据疲劳寿命范围将异质金属试样的端面划分为安全区域4、危险区域5、敏感区域6，并分别命名为第Ⅰ个区域、第Ⅱ个区域、第Ⅲ个区域；其中，任意一个区域记为第n个区域；n＝Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ；
利用式(1)计算第n个区域的损伤程度σn：
式(1)中，Nn为第n个区域的疲劳寿命，N*为无限寿命；
根据《机械设计》应力循环达到规定的N*次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力，称为材料的无限寿命疲劳极限。硬度大于350HBS钢材N*＝108；如图1所示，根据疲劳寿命曲线图疲劳寿命在107.6周次及以上，损伤程度约为0％-5％，将其所在区间A-B(0-5mm)划分为安全区域；疲劳寿命在106.4周次到107周次，损伤程度约为12.5％-20％，将其所在区域C-D(6-9mm)划分为危险区域；疲劳寿命在107周次到107.6周次，损伤程度约为5％-12.5％，将其所在区间B-C(5-6mm)和D-E(9-12mm)划分为敏感区域；
步骤3，对第n个区域制定两条同心圆检测线，且同心圆检测线的位置分别位于涂层沟槽的顶部与底部，使用磁记忆检测仪按照相同的提离高度和检测速度对第n个区域进行检测，探头的磁性传感器选用的型号为HMC5993L，并在检测过程中始终保持磁记忆检测仪探头稳定且垂直向下，从而得到第n个区域的第i条同心圆检测线上的切向分量磁信号Hp(xi)和法向分量磁信号Hp(yi)，i＝1,2；具体实施中，探头的提离高度控制在1～2mm，检测速度控制在1～3mm/s，本实施例中提离高度为1mm，检测速度为1mm/s。
对第n个区域的两条同心圆检测线上的各分量幅值分别作差，并提取幅值差值的最大值为磁信号特征量，记作切向磁信号特征量ΔHpn(x)max、法向磁信号特征量ΔHpn(y)max；
步骤4，按照步骤S3的过程对一批数量为M的异质金属试样进行磁信号检测，从而得到切向磁信号特征量集合
法向磁信号特征量集合
其中，ΔHpn(xj)max表示第j个异质金属试样的切向磁信号特征量，ΔHpn(yj)max表示第j个异质金属试样的法向磁信号特征量；
通过式(2)-式(5)计算该批数量为M的异质金属试样的切向磁信号特征量的平均值
和法向磁信号特征量的平均值
切向磁信号特征量的标准偏差Sn(Hx)和法向磁信号特征量的标准偏差Sn(Hy)；
步骤5，假设该批数量为M的异质金属试样的涂层结合面的损伤程度服从t-分布，自由度f＝M-1，根据式(6)-式(7)计算t-分布概率统计置信区间：
进一步等价于：
式(6)-式(7)中，
为样本数据平均值，Sn为样本数据的标准偏差，μ为检测的样本值，n为样本数量，α为显著水平，tα/2显著水平α对应的标准值。
利用式(8)-式(9)得到该批异质金属试样的涂层结合面的磁信号特征量的置信区间：
式(8)-式(9)中，αn为第n个区域的显著水平，
为第n个区域的显著性水平对应的标准分数；
将
与
作为第n个区域磁信号特征量的阈值；
步骤6，当n＝Ⅰ时，若第j个异质金属试样的第n个区域的磁信号特征量满足
将第j个异质金属试样的第n个区域的损伤检测结果记作Pj,0，否则，记作Pj,1；
当n＝Ⅱ时，若第j个异质金属试样的第n个区域的磁信号特征量满足
将第j个异质金属试样的第n个区域的损伤检测结果记作Qj,0，否则，记作Qj,1；
当n＝Ⅲ时，若第j个异质金属试样的第n个区域的磁信号特征量满足
将第j个异质金属试样的第n个区域的损伤检测结果记作Zj,0；否则记作Zj,1；
步骤7，综合各区域的损伤检测结果，得到整体损伤程度；
将整体的损伤程度划分为σj0，σj1，…，σj6，且满足σj0＜σj1＜…＜σj6，综合上述的检测结果得出第j个异质金属试样的损伤程度；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,0 Qj,0 Zj,0]，则表示第j个异质金属涂层结合面损伤程度为σj0～σj1，基本无损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,0 Qj,0 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面伤程度为σj1～σj2，存在较轻损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,1 Qj,0 Zj,0]，则表示第j个异质金属涂层结合面损伤程度为σj2～σj3，存在一定损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,0 Qj,1 Zj,0]或[Pj,1 Qj,0 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面损伤程度为σj3～σj4，存在明显损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,1 Qj,1 Zj,0]或[Pj,0 Qj,1 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面损伤程度为σj4～σj5，存在较重损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,1 Qj,1 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面损伤程度为σj5～σj6，存在严重损伤。
本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器，该存储器用于存储支持处理器执行上述方法的程序，该处理器被配置为用于执行该存储器中存储的程序。
本发明一种计算机可读存储介质，是在计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其该计算机程序被处理器运行时执行上述方法的步骤。
Claims (4)
1.一种磁记忆检测异质金属涂层结合面损伤程度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对异质金属试样三维模型的涂层结合面位置进行高周疲劳有限元仿真，得到异质金属涂层结合面的疲劳寿命分布云图；
S2、沿疲劳寿命分布云图的径向方向提取疲劳寿命数值并绘制疲劳寿命曲线；
根据疲劳寿命范围将异质金属试样的端面划分为安全区域、危险区域、敏感区域，并分别命名为第Ⅰ个区域、第Ⅱ个区域、第Ⅲ个区域；其中，任意一个区域记为第n个区域；n＝Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ；
S3、对第n个区域制定两条同心圆检测线，且所述同心圆检测线的位置分别位于涂层沟槽的顶部与底部，利用磁记忆检测仪按照相同的提离高度和检测速度对第n个区域进行检测，并在检测过程中始终保持磁记忆检测仪探头稳定且垂直向下，从而得到第n个区域的第i条同心圆检测线上的切向分量磁信号Hp(xi)和法向分量磁信号Hp(yi)，i＝1,2；
对第n个区域的两条同心圆检测线上的各分量幅值分别作差，并提取幅值差值的最大值为磁信号特征量，从而得到切向磁信号特征量ΔHpn(x)max、法向磁信号特征量ΔHpn(y)max；
S4、按照步骤S3的过程对一批数量为M的异质金属试样进行磁信号检测，从而得到切向磁信号特征量集合
法向磁信号特征量集合
其中，ΔHpn(xj)max表示第j个异质金属试样的切向磁信号特征量，ΔHpn(yj)max表示第j个异质金属试样的法向磁信号特征量；
计算该批数量为M的异质金属试样的切向磁信号特征量的平均值
和法向磁信号特征量的平均值
切向磁信号特征量的标准偏差Sn(Hx)和法向磁信号特征量的标准偏差Sn(Hy)；
S5、假设该批数量为M的异质金属涂层结合面损伤程度服从t-分布，自由度f＝M-1，从而利用式(1)-式(2)得到该批异质金属试样的涂层结合面的磁信号特征量的置信区间：
式(2)-式(3)中，αn为第n个区域的显著水平，
为第n个区域的显著性水平对应的标准分数；
将
与
作为第n个区域的磁信号特征量的阈值；
S6、当n＝Ⅰ时，若第j个异质金属试样的第n个区域的磁信号特征量满足
将第j个异质金属试样的第n个区域的损伤检测结果记作Pj,0，否则，记作Pj,1；
当n＝Ⅱ时，若第j个异质金属试样的第n个区域的磁信号特征量满足
将第j个异质金属试样的第n个区域的损伤检测结果记作Qj,0，否则，记作Qj,1；
当n＝Ⅲ时，若第j个异质金属试样的第n个区域的磁信号特征量满足
将第j个异质金属试样的第n个区域的损伤检测结果记作Zj,0；否则记作Zj,1；
S7、综合各区域的损伤检测结果，得到整体损伤程度；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,0 Qj,0 Zj,0]，则表示第j个异质金属涂层结合面基本无损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,0 Qj,0 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面存在较轻损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,1 Qj,0 Zj,0]，则表示第j个异质金属涂层结合面存在一定损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,0 Qj,1 Zj,0]或]Pj,1 Qj,0 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面存在明显损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,1 Qj,1 Zj,0]或[Pj,0 Qj,1 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面存在较重损伤；
若第j个异质金属试样的损伤检测结果为[Pj,1 Qj,1 Zj,1]，则表示第j个异质金属涂层结合面存在严重损伤。
2.根据权利要求1所述的磁记忆检测异质金属涂层结合面损伤程度的方法，其特征在于，利用式(3)计算第n个区域的损伤程度σn：
式(3)中，Nn为第n个区域的疲劳寿命，N*为无限寿命。
3.一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特征在于，所述存储器用于存储支持处理器执行权利要求1或2所述方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
4.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1或2所述方法的步骤。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2001281225A (ja) * | 2000-03-29 | 2001-10-10 | Yasubumi Furuya | 磁性形状記憶合金複合材料を用いた構造部材と該部材の損傷の非破壊検査および修復方法 |
| CN102520058A (zh) * | 2011-10-13 | 2012-06-27 | 北京工业大学 | 一种基于金属原位晶体学及磁畴表征金属磁记忆检测的方法 |
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2022
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Patent Citations (4)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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