Page 124 - 无损检测2022年第五期
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图 14）计算逆压磁应力系数和磁致伸缩系数，为 （7）基于超声检测原理，针对复合材料黏
EMAT 设计提供有价值的参数。此外，综合考虑 接结构的脱黏、弱黏接等缺陷，开展非接触式超
了反向洛伦兹力和反向磁致伸缩的机理，建立了 声时域仿真检测方法研究。首先，建立 CFRP（碳
EMAT 的有限元模型，揭示了声波接收的耦合机 纤维增强复合材料）单层板超声透射特性时域仿
制。通过扫描测试优化了线圈参数，如匝数、节 真模型，利用透射系数随频率变化的频谱，通过
距和间隙，还给出了线圈密实紧凑的判据。 与平面波理论进行对比分析，得到仿真结果与理
论计算的透射系数有较好一致性的结论。厚胶层
FRP 黏接结构超声仿真模型如图 16 所示。
(a) 磁滞回线 (b) 磁致伸缩曲线
图 14 45 钢的磁特性曲线
详细分析了影响 EMAT 阻抗的关键因素，
包括材料特性、剥离和电缆类型。匹配网络将
图 16 厚胶层 FRP 黏接结构超声仿真模型
信号能量提高了 1.22 倍。开发的 EMAT 具有
24°全孔径角的方向性。在检测试验中，EMAT 对复合材料黏接结构中发生单 / 双界面弱化
接收到来自裂纹的衍射波（回波信号显著），并 和内聚弱化时的超声透射系数进行了仿真计算。
使用衍射波来评估裂纹的位置和深度，平均误差 结果表明，随着界面刚度的降低以及内聚弱化程
小于 3 mm。 度的加深，透射系数频谱中的局部极值点有向低
频侧偏移的趋势，并且，在不同的频率点处，弹
EMAT 的灵活性和非接触性在轴中心孔的无
损检测中得到了充分利用。这不仅有助于在曲面 簧刚度下降引起的极值点偏移量也不相同。入射
角为 20°时完好黏接的透射系数仿真与理论计算
中接收声波以量化裂纹的水平，还可为复杂部件
的结构健康监测提出一种潜在的方法（例如应用 结果如图 17 所示；入射角为 20°时弱黏接的透
射系数仿真与理论计算结果如图 18 所示。界面
于风电涡轮机主轴和中心孔的检测，见图 15）。
弱化时透射系数的仿真结果如图 19 所示。
(a) 内部传感器的配置
图 17 入射角为 20°时完好黏接的透射系数仿真与理论
计算结果
(b) 主轴的横截面轮廓 (c)EMAT 传感器的结构
图 18 入射角为 20°时弱黏接的透射系数仿真与理论计
图 15 风力涡轮机主轴和中心孔中的传感器
算结果
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2022 年 第44 卷 第5 期
无损检测
