專利名稱：一種鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)評(píng)方法，尤其是一種鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)方法。
背景技術(shù)：
鋼絲繩是一種服務(wù)于特殊使用形式的鐵磁性金屬構(gòu)件。隨著人類社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展，鋼絲繩被更廣泛地 應(yīng)用和被賦予更重大的使命。因此，鋼絲繩的產(chǎn)品質(zhì)量及其應(yīng)用可靠性倍受全世界特別是主要工業(yè)國家的 高度關(guān)注。 一個(gè)多世紀(jì)以來，各國對(duì)鋼絲繩的應(yīng)用研究致力于兩個(gè)方面 一、改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造質(zhì) 量水平，諸如研究新結(jié)構(gòu)、優(yōu)化鋼材料、提高生產(chǎn)工藝水平等，猶如鋼絲繩構(gòu)件的"優(yōu)生優(yōu)育"；二、提 高產(chǎn)品應(yīng)用的安全管理技術(shù)水平，諸如性能測(cè)試、合理使用、無損探傷、適時(shí)更新等，猶如鋼絲繩構(gòu)件的 "生存保障"。目前，發(fā)達(dá)國家在鋼絲繩新結(jié)構(gòu)、新工藝研究方面日臻完善，各類特種、高強(qiáng)等"高端鋼 絲繩"不斷推出，目的就是期望解決各種重要環(huán)節(jié)及復(fù)雜工況鋼絲繩應(yīng)用的安全可靠性問題。然而，鋼絲 繩構(gòu)件的應(yīng)用研究在"優(yōu)生優(yōu)育"與"生存保障"間存在巨大反差性能測(cè)試仍僅限于對(duì)產(chǎn)品的樣本(截 取整件產(chǎn)品近端部的一段)實(shí)施"極限試驗(yàn)"；應(yīng)用選擇各環(huán)節(jié)依賴于習(xí)慣性操作；在役狀態(tài)的檢査只能 夠進(jìn)行針對(duì)鋼絲繩外表面現(xiàn)象的觀測(cè)和含糊判斷而判廢更新"標(biāo)準(zhǔn)"更是無奈的拘于累計(jì)時(shí)間或累計(jì)載 荷等的固態(tài)限額規(guī)則。凡此種種， 一方面嚴(yán)重制約著鋼絲繩"優(yōu)生優(yōu)育"研究成果的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 的發(fā)揮；另一方面在物質(zhì)資源巨大浪費(fèi)的同時(shí)，依然不能有效地發(fā)現(xiàn)和處置鋼絲繩應(yīng)用中的非可靠性隱患。 以至于在鋼絲繩如此廣泛和重要的應(yīng)用中，時(shí)刻潛伏著給人類生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失的威脅。對(duì)于鋼絲繩 構(gòu)件應(yīng)用中無損檢測(cè)技術(shù)的探索研究工作，歷史上各物理學(xué)科曾提出過多種設(shè)想，諸如磁或電磁、紅外 線、超聲波、射線、電渦流等。隨著對(duì)鋼絲繩結(jié)構(gòu)特性認(rèn)識(shí)的不斷深入及生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，其中只有基于 鋼絲繩構(gòu)件材料鐵磁特性，運(yùn)用磁或電磁原理的某些技術(shù)方法得以延續(xù)并逐漸接近應(yīng)用現(xiàn)實(shí)。現(xiàn)階段國際 國內(nèi)各種磁或電磁無損檢測(cè)裝置或設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)，按照工藝方法可區(qū)分為兩大類(本文以下統(tǒng)稱為"傳 統(tǒng)技術(shù)類型") 一類被稱之為"連續(xù)法"，"連續(xù)法"的檢測(cè)工藝過程是對(duì)被測(cè)對(duì)象連續(xù)磁化的同時(shí)，在 被測(cè)對(duì)象處于磁飽和狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)(利用B—H特性)；另一類叫作"剩磁法"，"剩磁法"的檢測(cè)工藝過
程是先對(duì)被測(cè)對(duì)象整體磁化，然后在被測(cè)對(duì)象處于剩磁狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)(利用A—H特性)。
1、 基本觀點(diǎn)"傳統(tǒng)技術(shù)類型"將鐵磁性剛性構(gòu)件(金屬棒、板材等)的無損磁探傷理念整體移植， 即把鋼絲繩視為"具有單一、連續(xù)、完整外表面且內(nèi)部材料致密型組織結(jié)構(gòu)"的構(gòu)件進(jìn)行等效研究。
2、 物理選擇(參見圖3)"傳統(tǒng)技術(shù)類型"在利用鐵磁性材料的物理磁性選擇上，不約而同的選擇了
材料的"內(nèi)向特性"，也就是B-H (磁化)或A-H (剩磁)特性；B-H或S廠H均表示材料在H場(chǎng)的磁感應(yīng)
特性，物理意義上并無區(qū)別。材料"內(nèi)向特性"通常不易變化，即使變化也很難向材料外部介質(zhì)"溢出"， 因此提取相關(guān)信息十分困難。
3、 磁性工藝"傳統(tǒng)技術(shù)類型"強(qiáng)調(diào)對(duì)被測(cè)對(duì)象的"磁性強(qiáng)化"，磁化場(chǎng)強(qiáng)H要求達(dá)成在材料的近飽
和點(diǎn)H。和過飽和點(diǎn)/Z,以上，而且//。以下被界定為"磁化禁區(qū)"；由于對(duì)H強(qiáng)度要求較高，因此"傳統(tǒng) 技術(shù)類型"形成的技術(shù)裝置或設(shè)備體積和重量均較大。
4、 檢測(cè)原理"傳統(tǒng)技術(shù)類型"的檢測(cè)原理，無論采用"感應(yīng)線圈"感應(yīng)型還是"霍耳元件"傳感型，
均無一例外的源于"漏磁場(chǎng)理論"，根本上就是等待從鋼絲繩材料介質(zhì)向其周邊空氣介質(zhì)"泄露"的磁力線，漏出的磁力線在鋼絲繩材料以外的介質(zhì)空間(空氣空間)形成的磁場(chǎng)即"漏磁場(chǎng)"。首先，鋼絲繩構(gòu) 件不是材料徑向連續(xù)致密的構(gòu)件，也沒有單一、連續(xù)、完整的表面。因此，當(dāng)鋼絲繩構(gòu)件處于強(qiáng)大的磁化 H場(chǎng)之中時(shí)，各層材料(鋼絲)均有向?qū)娱g氣隙(空氣間隙)大量"泄露"磁力線的現(xiàn)象，最外層則直接 向空氣空間"泄露"磁力線形成"結(jié)構(gòu)漏磁場(chǎng)"，由于鋼絲繩外形呈波浪起伏狀，又是多表面漏磁，顯然 "結(jié)構(gòu)漏磁場(chǎng)"紛亂復(fù)雜，對(duì)檢測(cè)而言構(gòu)成復(fù)雜的"噪聲帶"。其次，材料在磁飽和及過飽和狀態(tài)時(shí)磁導(dǎo) 率極低(見圖3),意味著鋼絲繩內(nèi)層材料的磁場(chǎng)變化信息很難甚至不可能"傳遞"出來，檢測(cè)所需的"漏 磁場(chǎng)"只能依靠表層材料(鋼絲)發(fā)生"問題"時(shí)引起的"臨界效應(yīng)"和"磁力線趨膚效應(yīng)"。第三，所 采用的傳感器是單向(接收)磁電轉(zhuǎn)換工作模式；被動(dòng)式工作的傳感器與鋼絲繩之間沒有可靠的工作信息 載體，只能等待外部磁場(chǎng)的產(chǎn)生和變化，屬于"磁場(chǎng)外部安置式"。使用時(shí)只能將傳感器接收工作面盡可 能靠近鋼絲繩表層(小于5mm)安置。綜上所述，"傳統(tǒng)技術(shù)類型"檢測(cè)鋼絲繩的工作靈敏度低， 一般為 niv/T級(jí)，原始信號(hào)須經(jīng)多級(jí)電路放大或程序"虛擬"放大才能有效輸出；噪聲和信號(hào)同步接收放大，信噪 比低；"噪聲信號(hào)"與工作信號(hào)類型相同級(jí)別相近，后期甄別十分困難，工作結(jié)果的不確定度大；"漏磁場(chǎng)" 在空氣介質(zhì)中衰變迅速，接收效果受距離和速度變化影響明顯，工作可靠性差；只能收到鋼絲繩表面變化 的表象信息，無法感知整體狀態(tài)變化信息，無從分析發(fā)生表象的內(nèi)在原因，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值低。
5、 識(shí)別模式"傳統(tǒng)技術(shù)類型"因漏磁場(chǎng)理論技術(shù)實(shí)現(xiàn)的局限性，只能在貼近鋼絲繩外層表面條件下， 對(duì)表層斷口視覺明顯的"斷絲"或具有一定連續(xù)長度的較嚴(yán)重"磨損"有一般的發(fā)現(xiàn)能力，即所謂"LF"
(局部缺陷Local Fault)和"LMA"(金屬面積損失Loss Metal Area)。只能把鋼絲繩表層的可視"斷絲 數(shù)量"和"平均磨損深度"作為量綱，模糊度量損傷程度；眾所周知，產(chǎn)生"斷絲"(LF)現(xiàn)象的機(jī)理具 有客觀的復(fù)雜多樣性，僅憑現(xiàn)象本身根本無法確定其對(duì)鋼絲繩構(gòu)件力學(xué)性能的影響程度，同樣，"磨損"
(LMA)只代表平均損失程度，無視這種連續(xù)損傷各不同部位的嚴(yán)重程度差異，根本就沒有找出評(píng)估鋼絲 繩構(gòu)件承載能力的力學(xué)要素——最危險(xiǎn)(小)截面。如此技術(shù)識(shí)別模式遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代應(yīng)用的基本條件。
6、 評(píng)估技術(shù)"傳統(tǒng)技術(shù)類型"幾乎沒有建立借助自身技術(shù)手段，運(yùn)用檢測(cè)結(jié)果對(duì)鋼絲繩構(gòu)件載荷性 能(承載能力)變化，進(jìn)行綜合判斷的評(píng)估體系。 一類是"NDT" (Nondestructive Testing)無損檢測(cè)， 一般只是為了檢測(cè)出缺陷而已，不涉及"缺陷"對(duì)構(gòu)件載荷性能影響程度的解釋和分析評(píng)估；另一類是"NDI" (Nondestructive Inspection)無損檢査，通常以"NDT"的檢測(cè)結(jié)果為判定基礎(chǔ)，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的使用可能 性進(jìn)行判定。無論"NDT"或"NDI"僅僅是對(duì)鋼絲繩構(gòu)件外表可視"缺陷"的査找，以及利用這些孤立表 象作些模棱兩可的"判定"。實(shí)踐證明鋼絲繩構(gòu)件表層可視的一般"缺陷"現(xiàn)象，不可能有效表征鋼絲 繩構(gòu)件整體性能；類似不確定的"評(píng)估技術(shù)"一面造就著物質(zhì)資源的巨大浪費(fèi)，同時(shí)姑息著災(zāi)難性威脅的
隱患o(jì)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有鋼絲繩檢測(cè)的技術(shù)缺陷，提供了一種鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)方法， 與傳統(tǒng)相關(guān)技術(shù)類型存在本質(zhì)上的差別，本發(fā)明的具體技術(shù)方案是利用鋼絲繩構(gòu)件載荷材 料的物理特性，以一個(gè)相對(duì)低的磁場(chǎng)強(qiáng)度H使鋼絲繩構(gòu)件具有連續(xù)、均勻的小磁能積(BH); 對(duì)與鋼絲繩構(gòu)件抗彎、扭、拉等力學(xué)性能退化單值等效相關(guān)的載荷材料物理場(chǎng)變信息；運(yùn)用 磁能勢(shì)差異信息辨析裝置實(shí)時(shí)識(shí)別和提??；依據(jù)鋼絲繩構(gòu)件抗拉載荷(破斷力)的力學(xué)校核
原則，設(shè)立一個(gè)等效參量表示鋼絲繩構(gòu)件相應(yīng)的載荷性能變化量，以無損方式完成鋼絲繩構(gòu)
件應(yīng)用周期各環(huán)節(jié)的狀態(tài)檢測(cè)；創(chuàng)建鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期全程載荷性能科學(xué)測(cè)評(píng)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩載荷性能多取向，結(jié)合多條件的綜合量化評(píng)估。
所述的利用鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的物理特性，以一個(gè)相對(duì)低的磁場(chǎng)強(qiáng)度H使鋼絲繩構(gòu)件具有連續(xù)、均 勻的小磁能積(BH);其特征是鋼絲繩構(gòu)件載荷材料材質(zhì)為中高碳鋼或合金鋼，具有典型的鐵磁特性。
這一物理特性可以用"鋼鐵材料的磁特性曲線"具體描述(見圖3)，從(圖3)可以看出B — H線在//。
/^ 區(qū)間變化率最高，材料的磁導(dǎo)率迅速增加并達(dá)到最大值，表明材料在這一H區(qū)間的磁特性(磁感應(yīng))
最為靈敏。由于鐵磁性材料的磁滯特性，經(jīng)過H場(chǎng)的鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的任意體積元dV在場(chǎng)強(qiáng)H'作
用下均積聚一個(gè)小磁能積(BH), H'取[W。 /Z"]。若以磁場(chǎng)強(qiáng)度為H'的磁化場(chǎng)對(duì)鋼絲繩構(gòu)件沿
軸向連續(xù)施加磁載(類磁化)，構(gòu)件將沿軸向形成穩(wěn)定連續(xù)、均勻的小磁能積狀態(tài)。
所述的與鋼絲繩構(gòu)件抗彎、扭、拉等力學(xué)性能退化單值等效相關(guān)的載荷材料物理場(chǎng)變信息；其特征是 由于鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的鐵磁特性，被連續(xù)施加磁載的構(gòu)件中所有參與載荷工作的鐵磁性金屬材料內(nèi)具 有適量的低能量級(jí)(x lmT級(jí))小磁能積(BH)，并且如果構(gòu)件中載荷材料沿其軸向的任意體積元dV 是連續(xù)、均勻、 一致的，則任意體積元dV內(nèi)具有的小磁能積是等量且分布均勻的，相鄰體積元dV材料的 磁導(dǎo)率P是連續(xù)一致的，即沿構(gòu)件鐵磁材料建立的軸向磁場(chǎng)的磁力線是均勻連續(xù)的，穿過任意體積元dV 的正截面的磁通是等量的，磁通密度是相同的。鋼絲繩構(gòu)件受拉、彎、扭等載荷反復(fù)作用后，產(chǎn)生應(yīng)力集 中部位的材料組織結(jié)構(gòu)性狀將發(fā)生退變，這些部位的磁導(dǎo)率大幅降低(相對(duì)磁阻增大幾百倍)，原有的連 續(xù)性、均勻性、 一致性等性狀被破壞。發(fā)生退變的體積元dV或產(chǎn)生截面收縮(拉伸塑性頸縮變形)或產(chǎn) 生徑向/偏徑向裂紋氣隙(彎扭疲勞裂斷)，原來通過這些退變體積元dV的磁力線只能沿低能耗通路(磁 導(dǎo)率高的材料組織部分)重新排布，體積元dV正截面的磁通密度隨之變化，小磁能積均勻狀態(tài)因此改變。 小磁能積分布態(tài)勢(shì)的改變使體積元dV上產(chǎn)生顯著的磁能勢(shì)差，既由載荷材料性狀退變前的等磁能勢(shì)狀態(tài) 演變?yōu)橐蜉d荷材料性狀退變而重建的差磁能勢(shì)狀態(tài)。顯然，鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的應(yīng)力應(yīng)變退化程度越嚴(yán) 重，導(dǎo)致的磁能勢(shì)差異就越突出。
被施加了適量小磁能積規(guī)劃的鋼絲繩構(gòu)件工作時(shí)，無論其載荷材料處于何種應(yīng)力應(yīng)變(拉變、彎變或 扭變等)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)展到引起材料性狀退變(載荷性能退化)時(shí)，退變材料處體積元dV上的磁能勢(shì)分布 將有等效的差異化響應(yīng)。這種載荷材料的物理場(chǎng)變化信息與其載荷性能(力學(xué)性能)退化程度具有明確的 單值等效相關(guān)特性。
所述的運(yùn)用磁能勢(shì)差信息辨析技術(shù)(裝置)，對(duì)與構(gòu)件因反復(fù)應(yīng)力應(yīng)變產(chǎn)生載荷性能退化單值等效 相關(guān)的，材料物理場(chǎng)變信息實(shí)時(shí)識(shí)別與提??；其特征是磁能勢(shì)差異信息辨析技術(shù)(裝置)由電磁釋能 元件、磁能衡元件、可嵌入程序芯片、嵌入式邏輯軟件、調(diào)頻晶振體、調(diào)制解調(diào)電路和穩(wěn)恒低壓直流源 等組成，工藝流程平面布置形式(見圖1)。其中，電磁釋能元件用絕緣高導(dǎo)金屬絲與非晶體集合芯組 制；磁能衡元件用絕緣高導(dǎo)金屬絲與納米非晶片芯組制；調(diào)制解調(diào)電路為智能調(diào)\解模式電路。
磁能勢(shì)差異信息辨析技術(shù)(裝置)實(shí)時(shí)識(shí)別與提取材料物理場(chǎng)變信息的工作原理特征是(1 )工
作的電磁釋能元件，在其周圍一定空間，按工作需要通過嵌入軟件邏輯調(diào)制給定能量的電磁場(chǎng)A ; ( 2 )
工作的磁能衡元件，在其周圍一定空間，按工作需要通過嵌入軟件調(diào)制給定頻率的振頻場(chǎng)；(3)具有 適量小磁能積(BH)的鋼絲繩構(gòu)件進(jìn)入電磁場(chǎng)/振頻場(chǎng)的工作空間，其內(nèi)部原有穿過每一體積元dV的軸向磁場(chǎng)^與工作電磁場(chǎng)A即發(fā)生場(chǎng)交互效應(yīng)并在兩者間建立新的"效應(yīng)磁場(chǎng)"B (見圖2)， (4)
磁能衡元件實(shí)時(shí)提取并輸出連續(xù)經(jīng)過工作電磁場(chǎng)/振頻場(chǎng)鋼絲繩全部體積元"效應(yīng)磁場(chǎng)"的磁能勢(shì)差異 信息及其全部表面形態(tài)"諧振場(chǎng)"的頻率信息，(5 )磁能衡元件輸出的磁能勢(shì)差異信息和頻率信息分 別為I / V和f形式，嵌入式邏輯軟件按設(shè)計(jì)的識(shí)別模式建立可應(yīng)用分析的"磁能勢(shì)差異信息譜"和"諧 頻信息譜"。
所述的依據(jù)鋼絲繩構(gòu)件抗拉載荷(破斷力)的力學(xué)校核原則，設(shè)立一個(gè)等效參量表示鋼絲繩構(gòu)件相 應(yīng)的載荷性能變化量，以無損方式完成鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期各環(huán)節(jié)的狀態(tài)檢測(cè)。其特征是各種用途鋼 絲繩構(gòu)件的載荷性能均以其抗拉、彎、扭三種力學(xué)指標(biāo)的失效性(極限)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以界定。其中，最 重要的抗拉載荷(破斷力)用公式
F = K ￡)2 R / 1 0 0 0 計(jì)算校核
式中
F—鋼絲繩最小破斷拉力 (kN) D—鋼絲繩公稱直徑(鵬)
R—鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度(M尸。)
K——某一指定結(jié)構(gòu)鋼絲繩的最小破斷拉力系數(shù)。
該公式確立了鋼絲繩構(gòu)件抗拉載荷(破斷力)與鋼絲繩構(gòu)件結(jié)構(gòu)性狀(有效面積KD2)的力學(xué)相關(guān)
原則，這一原則用數(shù)學(xué)函數(shù)式表示F=f (A)， A定義為鋼絲繩構(gòu)件任意體積元dV正截面上可承受
抗拉、彎、扭載荷的鐵磁性金屬材料的面積總和。鋼絲繩載荷材料的有效截面積A二K/)2。
顯然，鋼絲繩載荷性能力學(xué)關(guān)系原則F-f (A)還可以廣義表述為F表示鋼絲繩載荷(承載)的 綜合等效能力，F(xiàn)是鋼絲繩正截面上所有參與承載金屬(鐵磁性)材料截面積總和A的單值函數(shù)；參量A 的變化U A相關(guān)于鋼絲繩載荷性能F相應(yīng)的變化。這是由于鋼絲繩構(gòu)件工作時(shí)處于拉、彎、扭綜合應(yīng)力應(yīng) 變狀態(tài)，無論那種應(yīng)力應(yīng)變主導(dǎo)或同等作用導(dǎo)致鋼絲繩構(gòu)件某個(gè)部位載荷材料發(fā)生結(jié)構(gòu)性狀退變，都將引 起穿過該部位載荷材料體積元dV正截面上的磁力線重新分布產(chǎn)生磁能勢(shì)差，磁能勢(shì)差反映磁通密度改變 的客觀事實(shí)，而磁通密度變化量是參量A變化量的線性函數(shù)關(guān)系相當(dāng)量(設(shè)立量)——鋼絲繩構(gòu)件載荷材 料截面積損失當(dāng)量(鄰)。因此，提取的磁能勢(shì)差異信息，能客觀地反映載荷材料各部位的結(jié)構(gòu)性狀差異； 并且，工作各環(huán)節(jié)均以低磁能磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)，不產(chǎn)生電磁渦流、無強(qiáng)磁集膚效應(yīng)，對(duì)材料性質(zhì)、組織、結(jié)構(gòu)和 性能等無任何損害。
所述的創(chuàng)建鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期全程載荷性能科學(xué)測(cè)評(píng)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩載荷性能多取向，結(jié)合多 條件的綜合量化評(píng)估。其特征是鋼絲繩構(gòu)件有明確的載荷性能(能力)目標(biāo)要求必須重復(fù)連續(xù)的、穩(wěn) 定可靠的完成給定的工作任務(wù)；同時(shí)，又具有較特殊的性能異變本質(zhì)不可修復(fù)性多向衰變特征。因此， 鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期的過程監(jiān)測(cè)及狀態(tài)評(píng)價(jià)尤為重要。測(cè)評(píng)體系按兩條基本路徑架構(gòu)
第一條為"縱向路徑"，根據(jù)鋼絲繩構(gòu)件從制造完成，到其安全使用價(jià)值終止的過程順序構(gòu)建；通常 應(yīng)用周期自使用方選擇為起點(diǎn)，各主要環(huán)節(jié)依次分別為產(chǎn)品(品質(zhì))選擇過程——存儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)過程——安 裝施工過程——在役工作(含維護(hù)保養(yǎng))過程——退役及降載再利用過程等。"縱向路徑"設(shè)計(jì)旨在完成(1)鋼絲繩產(chǎn)品應(yīng)用周期閉環(huán)無損檢測(cè)，(2)品質(zhì)基準(zhǔn)的無損測(cè)定與參數(shù)備份，(3)原始力學(xué)性能試驗(yàn) (有損極限試驗(yàn))數(shù)據(jù)與無損檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)匹配基準(zhǔn)，(4)性能參數(shù)傳遞及過程節(jié)點(diǎn)性能變化評(píng)價(jià)，(5) 中期性能驗(yàn)證試驗(yàn)(有損極限試驗(yàn))數(shù)據(jù)有效性評(píng)價(jià)，(6)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可靠性實(shí)時(shí)跟蹤評(píng)價(jià)，(7)退 役處置的綜合評(píng)估及再利用的可靠性界定。
第二條為"橫向路徑"，根據(jù)鋼絲繩構(gòu)件基本性能品質(zhì)及應(yīng)用周期各工況條件下可靠性評(píng)價(jià)取向構(gòu)建； 按現(xiàn)代鋼絲繩構(gòu)件實(shí)際應(yīng)用的安全管理技術(shù)要求，其使用可靠性評(píng)價(jià)的重要取向分為承載效穩(wěn)性差異評(píng) 價(jià)、安全載荷周期評(píng)價(jià)、安全載荷總量評(píng)價(jià)和適用安全系數(shù)評(píng)價(jià)。"橫向路徑"設(shè)計(jì)為無損檢測(cè)數(shù)據(jù)于各 評(píng)價(jià)取向，結(jié)合多種條件有效利用制定了技術(shù)原則(1)承載效穩(wěn)性差異評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 范的幾何公差收斂條件、結(jié)構(gòu)特性條件、材料強(qiáng)度等級(jí)條件等靜態(tài)特性條件，以及事件條件、材料結(jié)構(gòu)性 狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率等動(dòng)態(tài)特性條件，(2)安全載荷周期評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合環(huán)境條件、事件條件、無損跟 蹤檢測(cè)條件以及材料結(jié)構(gòu)性狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率條件，(3)安全載荷總量評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合額定工作載荷 條件、工作頻率條件、事件條件、靜/動(dòng)載變位條件以及材料結(jié)構(gòu)性狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率條件，(4)適 用安全系數(shù)評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)要求條件、實(shí)際安裝驗(yàn)證條件、最低使用界定條件、事件條件以及材料結(jié)構(gòu) 性狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率條件。
"縱向路徑"架構(gòu)與"橫向路徑"架構(gòu)組成了完整測(cè)評(píng)體系，可實(shí)施對(duì)鋼絲繩載荷性能全面綜合量化評(píng)估。
本發(fā)明的有益效果
1、 基本觀點(diǎn)本發(fā)明技術(shù)是以鋼絲繩多表面多層次組合，材料軸向連續(xù)而徑向獨(dú)立阻斷，不存在統(tǒng) 一整體表面等的客觀結(jié)構(gòu)事實(shí)深入研究的。
2、 物理選擇:(參見圖3)本發(fā)明利用鐵磁性材料的"外向特性"，即B-H和/z-H (磁導(dǎo)率)的綜 合特性——磁滯特性(圖中的"葉狀"回形曲線)，并且首次將磁能積(BH)的概念引入鋼絲繩的無損檢 測(cè)研究；在物理意義上表現(xiàn)為磁能及其能勢(shì)(磁能密度分布)。材料聚積的磁能及其能勢(shì)隨材料組織性狀 變化而變化，通過置換或交互等技術(shù)手段均可有效提取相關(guān)信息。
3、 磁性工藝(參見圖3)本發(fā)明基于對(duì)材料內(nèi)部磁疇呈統(tǒng)計(jì)學(xué)狀態(tài)分布的認(rèn)識(shí)，依托磁能勢(shì)差異信 息辨析技術(shù)(裝置)，大膽沖破"傳統(tǒng)磁化禁區(qū)"，將對(duì)鋼絲繩磁性規(guī)劃(可稱為類磁化)的H強(qiáng)度值定義
在//。 //，區(qū)間，有效地優(yōu)化了技術(shù)設(shè)備，因而適于各行業(yè)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。
4、 檢測(cè)原理本發(fā)明的檢測(cè)原理是基于"關(guān)聯(lián)磁場(chǎng)效應(yīng)理論"，采用磁能勢(shì)差感應(yīng)型傳感器——磁能
勢(shì)差異信息辨析技術(shù)(裝置)。首先，在被實(shí)施小磁能積規(guī)劃的鋼絲繩載荷材料(承載鋼絲)內(nèi)部，形成
一個(gè)沿鋼絲繩軸向的不飽和磁場(chǎng)^ (見圖2)。由于是非飽和磁場(chǎng)，所以全部磁力線均分布在材料(鋼絲)
內(nèi)，材料外部的層間氣隙或表層外空氣介質(zhì)空間無"泄露"的磁力線，即沒有任何"漏磁場(chǎng)"(無"噪聲
帶")。其次，由于非磁飽和狀態(tài)下材料的相對(duì)磁導(dǎo)率很高(見圖3)，表明材料整體(無論內(nèi)層或表層)對(duì) 磁場(chǎng)變化的反應(yīng)十分敏感，磁力線的相對(duì)容度較大。第三，磁能勢(shì)差感應(yīng)型傳感器具有雙向(發(fā)射/接收)
功能，是標(biāo)準(zhǔn)的電磁/磁電轉(zhuǎn)換工作模式；主動(dòng)式工作的傳感器與鋼絲繩之間通過調(diào)制電磁場(chǎng)5,與不飽和 磁場(chǎng)A的交互關(guān)聯(lián)效應(yīng)，建立起穩(wěn)定可靠的工作信息載體——"效應(yīng)磁場(chǎng)"B;經(jīng)給定量調(diào)制的(邏輯恒定)電磁場(chǎng)瑪與不飽和磁場(chǎng)S2充分交互作用，￡2發(fā)生的任何磁場(chǎng)變化信息都將等效應(yīng)地反映在B中，置
于B內(nèi)部的磁能衡元件可靈敏感應(yīng)這些變化信息，屬于"磁場(chǎng)內(nèi)部安置式"(見圖2)。使用時(shí)可靈活調(diào)整， 可安置在距鋼絲繩表層較遠(yuǎn)(35mra)的空間位置。顯然，本發(fā)明技術(shù)檢測(cè)鋼絲繩的工作靈敏度很高，可達(dá)
到V/G、級(jí)并按實(shí)際使用需求可調(diào)，原始信號(hào)無需任何二次放大即可有效輸出；無基噪工作，信噪比高，
工作結(jié)果的不確定度?。魂P(guān)聯(lián)磁場(chǎng)效應(yīng)信息載體穩(wěn)定可靠，信號(hào)無"介質(zhì)衰變"，感應(yīng)效果基本不受距離 和速度變化影響，工作可靠性好；關(guān)聯(lián)感應(yīng)鋼絲繩載荷材料整體狀態(tài)變化信息，能及時(shí)察覺鋼絲繩無任何 表象征兆時(shí)存在的內(nèi)在失效隱患，也利于分析發(fā)現(xiàn)鋼絲繩產(chǎn)生表象征兆的材料內(nèi)在原因，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值高。
5、 識(shí)別模式本發(fā)明依據(jù)關(guān)聯(lián)磁場(chǎng)效應(yīng)理論，具有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的全面性，在多種客觀條件下，均能完 成對(duì)鋼絲繩構(gòu)件的無損檢測(cè)。創(chuàng)新技術(shù)識(shí)別模式摒棄了類似"LF"和"LMA"這種單一簡陋的界定劃分， 以鋼絲繩構(gòu)件力學(xué)性能的物理意義導(dǎo)入，針對(duì)鋼絲繩構(gòu)件各種損傷(功效降低)機(jī)理，通過磁能勢(shì)差異信 息識(shí)別技術(shù)，將由多種復(fù)雜因素導(dǎo)致的鋼絲繩載荷材料性狀退變信息，統(tǒng)一等效擬合為相當(dāng)于載荷材料有 效截面積損失量(率)——載荷材料截面積損失當(dāng)量(％)，直接檢測(cè)影響構(gòu)件載荷性能的力學(xué)要素，并給 出量化的構(gòu)件性能最危險(xiǎn)信息。本發(fā)明技術(shù)的識(shí)別模式，為綜合評(píng)估鋼絲繩構(gòu)件的載荷性能(剩余承載能 力)提供直接的檢測(cè)數(shù)據(jù)，可用于多種不同使用要素的效能換算，充分適應(yīng)現(xiàn)代應(yīng)用領(lǐng)域?qū)︿摻z繩構(gòu)件載 荷性能實(shí)現(xiàn)有效評(píng)估的根本需求。
6、 評(píng)估技術(shù)本發(fā)明基于先進(jìn)的檢測(cè)原理，依托可靠的專業(yè)檢測(cè)技術(shù)，尊重事物發(fā)展的客觀規(guī)律， 從鋼絲繩構(gòu)件實(shí)際應(yīng)用的安全管理技術(shù)需求出發(fā)，研究創(chuàng)建了相對(duì)完整的、涵蓋鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期全程 的載荷性能評(píng)估技術(shù)，符合現(xiàn)代無損檢測(cè)技術(shù)科學(xué)發(fā)展方向。是替代無損檢測(cè)"NDT"和無損檢查"NDI" 技術(shù)方法的新興科學(xué)技術(shù)——無損評(píng)價(jià)技術(shù)"NDE" (Nondestructive Evaluation),不僅實(shí)現(xiàn)科學(xué)檢測(cè)， 更重要的是在掌握對(duì)象負(fù)載條件、環(huán)境條件(如斷裂力學(xué)中預(yù)測(cè)材料的安全性及壽命等)下，對(duì)鋼絲繩構(gòu) 件的完整性、可靠性及使用性能等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。另外，本發(fā)明提供的鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)技術(shù)，實(shí) 現(xiàn)了從鋼絲繩構(gòu)件制造完成直至其安全使用價(jià)值終結(jié)，全面監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)狀態(tài)評(píng)估的設(shè)想，為防止人為災(zāi)難 和節(jié)約物質(zhì)資源，提供了有效可行的技術(shù)手段及安全管理技術(shù)模式。具有十分積極的社會(huì)效益和極其現(xiàn)實(shí) 的經(jīng)濟(jì)效益。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明 圖1是本發(fā)明的工藝流程平面布置形式圖。
圖2是本發(fā)明的磁能勢(shì)差異信息辨析技術(shù)(裝置)工作原理示意圖 圖3是本發(fā)明涉及的鋼鐵材料的磁特性曲線圖。
圖1中，鋼絲繩l、磁能衡元件2、電磁釋能元件3、調(diào)頻晶振體4、調(diào)制解調(diào)電路5、程序芯片6、 邏輯軟件7、穩(wěn)恒直流電源8。
圖2中，電磁釋能元件1、磁能衡元件2、鋼絲繩3、體積元4。 實(shí)施例1:
利用鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的物理特性，以一個(gè)相對(duì)低的磁場(chǎng)強(qiáng)度H使鋼絲繩構(gòu)件具有連續(xù)、均勻的小 磁能積(BH)。對(duì)與鋼絲繩構(gòu)件抗彎、扭、拉等力學(xué)性能退化單值等效相關(guān)的載荷材料物理場(chǎng)變信息， 運(yùn)用磁能勢(shì)差異信息辨析技術(shù)(裝置)實(shí)時(shí)識(shí)別和提取。依據(jù)鋼絲繩構(gòu)^^抗拉載荷(破斷力)的力學(xué)校核原則，設(shè)立一個(gè)等效參量表示鋼絲繩構(gòu)件相應(yīng)的載荷性能變化量，以無損方式完成鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期各 環(huán)節(jié)的狀態(tài)檢測(cè)。創(chuàng)建鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期全程載荷性能科學(xué)測(cè)評(píng)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩載荷性能多取向， 結(jié)合多條件的綜合量化評(píng)估。 實(shí)施例2:
利用鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的物理特性，以一個(gè)相對(duì)低的磁場(chǎng)強(qiáng)度H使鋼絲繩構(gòu)件具有連續(xù)、均勻的小 磁能積(BH)。其特征是鋼絲繩構(gòu)件載荷材料材質(zhì)為中高碳鋼或合金鋼，具有典型的鐵磁特性。這一
物理特性可以用"鋼鐵材料的磁特性曲線"如圖3所示，B — H線在/Z。 if，區(qū)間變化率最高，材料
的磁導(dǎo)率迅速增加并達(dá)到最大值，表明材料在這一H區(qū)間的磁特性(磁感應(yīng))最為靈敏。由于鐵磁性材料 的磁滯特性，經(jīng)過H場(chǎng)的鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的任意體積元dV在場(chǎng)強(qiáng)H '作用下均積聚一個(gè)小磁能積(B
H)， H'取[//。 /^ ]。若以磁場(chǎng)強(qiáng)度為H'的磁化場(chǎng)對(duì)鋼絲繩構(gòu)件沿軸向連續(xù)施加磁載(類磁化)，
構(gòu)件將沿軸向形成穩(wěn)定連續(xù)、均勻的小磁能積狀態(tài)(體積元dV如圖2所示)。 實(shí)施例3:
所述的與鋼絲繩構(gòu)件抗彎、扭、拉等力學(xué)性能退化單值等效相關(guān)的載荷材料物理場(chǎng)變信息；其特征是 由于鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的鐵磁特性，被連續(xù)施加磁載的構(gòu)件中所有參與載荷工作的鐵磁性金屬材料內(nèi)具 有適量的低能量級(jí)(x lmT級(jí))小磁能積(BH),并且如果構(gòu)件中載荷材料沿其軸向的任意體積元dV 是連續(xù)、均勻、 一致的，則任意體積元dV內(nèi)具有的小磁能積是等量且分布均勻的，相鄰體積元dV材料的 磁導(dǎo)率P是連續(xù)一致的，即沿構(gòu)件鐵磁材料建立的軸向磁場(chǎng)的磁力線是均勻連續(xù)的，穿過任意體積元dV 的正截面的磁通是等量的，磁通密度是相同的。鋼絲繩構(gòu)件受拉、彎、扭等載荷反復(fù)作用后，產(chǎn)生應(yīng)力集 中部位的材料組織結(jié)構(gòu)性狀將發(fā)生退變，這些部位的磁導(dǎo)率大幅降低(相對(duì)磁阻增大幾百倍)，原有的連 續(xù)性、均勻性、 一致性等性狀被破壞。發(fā)生退變的體積元dV或產(chǎn)生截面收縮(拉伸塑性頸縮變形)或產(chǎn) 生徑向/偏徑向裂紋氣隙(彎扭疲勞裂斷)，原來通過這些退變體積元dV的磁力線只能沿低能耗通路(磁 導(dǎo)率高的材料組織部分)重新排布，體積元dV正截面的磁通密度隨之變化，小磁能積均勻狀態(tài)因此改變。 小磁能積分布態(tài)勢(shì)的改變使體積元dV上產(chǎn)生顯著的磁能勢(shì)差，既由載荷材料性狀退變前的等磁能勢(shì)狀態(tài) 演變?yōu)橐蜉d荷材料性狀退變而重建的差磁能勢(shì)狀態(tài)。顯然，鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的應(yīng)力應(yīng)變退化程度越嚴(yán) 重，導(dǎo)致的磁能勢(shì)差異就越突出。
被施加了適量小磁能積規(guī)劃的鋼絲繩構(gòu)件工作時(shí)，無論其載荷材料處于何種應(yīng)力應(yīng)變(拉變、彎變或 扭變等)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)展到引起材料性狀退變(載荷性能退化)時(shí)，退變材料處體積元dV上的磁能勢(shì)分布 將有等效的差異化響應(yīng)。這種載荷材料的物理場(chǎng)變化信息與其載荷性能(力學(xué)性能)退化程度具有明確的 單值等效相關(guān)特性。 實(shí)施例4:
運(yùn)用磁能勢(shì)差信息辨析裝置，對(duì)與構(gòu)件因反復(fù)應(yīng)力應(yīng)變產(chǎn)生載荷性能退化單值等效相關(guān)的，材料物理
場(chǎng)變信息實(shí)時(shí)識(shí)別與提取。其特征是磁能勢(shì)差異信息辨析技術(shù)(裝置)由電磁釋能元件、磁能衡元件、 可嵌入程序芯片、嵌入式邏輯軟件、調(diào)頻晶振體、調(diào)制解調(diào)電路和穩(wěn)恒低壓直流源等組成，工藝流程平面 布置形式(見圖1)。其中，電磁釋能元件用絕緣高導(dǎo)金屬絲與非晶體集合芯組制；磁能衡元件用絕緣高導(dǎo)
金屬絲與納米非晶片芯組制；調(diào)制解調(diào)電路為智能調(diào)\解模式電路。
磁能勢(shì)差異信息辨析裝置，實(shí)時(shí)識(shí)別與提取材料物理場(chǎng)變信息的工作原理特征是(l)工作的電磁釋能元件，在其周圍一定空間，按工作需要通過嵌入軟件邏輯調(diào)制給定能量的電磁場(chǎng)^; (2)工作的磁 能衡元件，在其周圍一定空間，按工作需要通過嵌入軟件調(diào)制給定頻率的振頻場(chǎng)；(3 )具有適量小磁能 積(BH)的鋼絲繩構(gòu)件進(jìn)入電磁場(chǎng)/振頻場(chǎng)的工作空間，其內(nèi)部原有穿過每一體積元dV的軸向磁場(chǎng)52與
工作電磁場(chǎng)g即發(fā)生場(chǎng)交互效應(yīng)并在兩者間建立新的"效應(yīng)磁場(chǎng)"B (見圖2), (4)磁能衡元件實(shí)時(shí)提
取并輸出連續(xù)經(jīng)過工作電磁場(chǎng)/振頻場(chǎng)鋼絲繩全部體積元"效應(yīng)磁場(chǎng)"的磁能勢(shì)差異信息及其全部表面形 態(tài)"諧振場(chǎng)"的頻率信息，(5 )磁能衡元件輸出的磁能勢(shì)差異信息和頻率信息分別為I /V和f形式， 嵌入式邏輯軟件按設(shè)計(jì)的識(shí)別模式建立可應(yīng)用分析的"磁能勢(shì)差異信息譜"和"諧頻信息譜"。 實(shí)施例5 :
依據(jù)鋼絲繩構(gòu)件抗拉載荷(破斷力)的力學(xué)校核原則，設(shè)立一個(gè)等效參量表示鋼絲繩構(gòu)件相應(yīng)的載荷 性能變化量，以無損方式完成鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期各環(huán)節(jié)的狀態(tài)檢測(cè)。其特征是各種用途鋼絲繩構(gòu)件的
載荷性能均以其抗拉、彎、扭三種力學(xué)指標(biāo)的失效性(極限)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以界定。其中，最重要的抗拉載
荷(破斷力)用公式
F = K D2 R / 1 0 0 0 計(jì)算校核 式中
F—鋼絲繩最小破斷拉力 (kN) D——鋼絲繩公稱直徑 (mm)
R—鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度 (MA)
K——某一指定結(jié)構(gòu)鋼絲繩的最小破斷拉力系數(shù)。
該公式確立了鋼絲繩構(gòu)件抗拉載荷(破斷力)與鋼絲繩構(gòu)件結(jié)構(gòu)性狀(有效面積KZ)2)的力學(xué)相關(guān)
原則，這一原則用數(shù)學(xué)函數(shù)式表示F=f (A), A定義為鋼絲繩構(gòu)件任意體積元dV正截面上可承受
抗拉、彎、扭載荷的鐵磁性金屬材料的面積總和。鋼絲繩載荷材料的有效截面積A二KD2。
顯然，鋼絲繩載荷性能力學(xué)關(guān)系原則F二f (A)還可以廣義表述為F表示鋼絲繩載荷(承載)的 綜合等效能力，F(xiàn)是鋼絲繩正截面上所有參與承載金屬(鐵磁性)材料截面積總和A的單值函數(shù)；參量A 的變化U A相關(guān)于鋼絲繩載荷性能F相應(yīng)的變化。這是由于鋼絲繩構(gòu)件工作時(shí)處于拉、彎、扭綜合應(yīng)力應(yīng) 變狀態(tài)，無論那種應(yīng)力應(yīng)變主導(dǎo)或同等作用導(dǎo)致鋼絲繩構(gòu)件某個(gè)部位載荷材料發(fā)生結(jié)構(gòu)性狀退變，都將引 起穿過該部位載荷材料體積元dV正截面上的磁力線重新分布產(chǎn)生磁能勢(shì)差，磁能勢(shì)差反映磁通密度改變 的客觀事實(shí)，而磁通密度變化量是參量A變化量的線性函數(shù)關(guān)系相當(dāng)量(設(shè)立量) 一鋼絲繩構(gòu)件載荷材 料截面積損失當(dāng)量(％)。因此，提取的磁能勢(shì)差異信息，能客觀地反映載荷材料各部位的結(jié)構(gòu)性狀差異； 并且，工作各環(huán)節(jié)均以低磁能磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)，不產(chǎn)生電磁渦流、無強(qiáng)磁集膚效應(yīng)，對(duì)材料性質(zhì)、組織、結(jié)構(gòu)和 性能等無任何損害。
實(shí)施例6:
創(chuàng)建鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期全程載荷性能科學(xué)測(cè)評(píng)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩載荷性能多取向，結(jié)合多條件的 綜合量化評(píng)估。其特征是鋼絲繩構(gòu)件有明確的載荷性能(能力)目標(biāo)要求必須重復(fù)連續(xù)的、穩(wěn)定可靠的完成給定的工作任務(wù)；同時(shí)，又具有較特殊的性能異變本質(zhì)不可修復(fù)性多向衰變特征。因此，鋼絲繩
構(gòu)件應(yīng)用周期的過程監(jiān)測(cè)及狀態(tài)評(píng)價(jià)尤為重要。測(cè)評(píng)體系按兩條基本路徑架構(gòu)
第一條為"縱向路徑"，根據(jù)鋼絲繩構(gòu)件從制造完成，到其安全使用價(jià)值終止的過程順序構(gòu)建；通常
應(yīng)用周期自使用方選擇為起點(diǎn)，各主要環(huán)節(jié)依次分別為產(chǎn)品(品質(zhì))選擇過程——存儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)過程——安
裝施工過程——在役工作(含維護(hù)保養(yǎng))過程——退役及降載再利用過程等。"縱向路徑"設(shè)計(jì)旨在完成 (1)鋼絲繩產(chǎn)品應(yīng)用周期閉環(huán)無損檢測(cè)，(2)品質(zhì)基準(zhǔn)的無損測(cè)定與參數(shù)備份，(3)原始力學(xué)性能試驗(yàn) (有損極限試驗(yàn))數(shù)據(jù)與無損檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)匹配基準(zhǔn)，(4)性能參數(shù)傳遞及過程節(jié)點(diǎn)性能變化評(píng)價(jià)，(5)
中期性能驗(yàn)證試驗(yàn)(有損極限試驗(yàn))數(shù)據(jù)有效性評(píng)價(jià)，(6)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可靠性實(shí)時(shí)跟蹤評(píng)價(jià)，(7)退
役處置的綜合評(píng)估及再利用的可靠性界定。
第=條為"橫向路徑"，根據(jù)鋼絲繩構(gòu)件基本性能品質(zhì)及應(yīng)用周期各工況條件下可靠性評(píng)價(jià)取向構(gòu)建； 按現(xiàn)代鋼絲繩構(gòu)件實(shí)際應(yīng)用的安全管理技術(shù)要求，其使用可靠性評(píng)價(jià)的重要取向分為承載效穩(wěn)性差異評(píng) 價(jià)、安全載荷周期評(píng)價(jià)、安全載荷總量評(píng)價(jià)和適用安全系數(shù)評(píng)價(jià)。"橫向路徑"設(shè)計(jì)為無損檢測(cè)數(shù)據(jù)于各 評(píng)價(jià)取向，結(jié)合多種條件有效利用制定了技術(shù)原則(1)承載效穩(wěn)性差異評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 范的幾何公差收斂條件、結(jié)構(gòu)特性條件、材料強(qiáng)度等級(jí)條件等靜態(tài)特性條件，以及事件條件、材料結(jié)構(gòu)性 狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率等動(dòng)態(tài)特性條件，(2)安全載荷周期評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合環(huán)境條件、事件條件、無損跟 蹤檢測(cè)條件以及材料結(jié)構(gòu)性狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率條件，(3)安全載荷總量評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合額定工作載荷 條件、工作頻率條件、事件條件、靜/動(dòng)載變位條件以及材料結(jié)構(gòu)性狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率條件，(4)適
用安全系數(shù)評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)要求條件、實(shí)際安裝驗(yàn)證條件、最低使用界定條件、事件條件以及材料結(jié)構(gòu) 性狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率條件。
"縱向路徑"架構(gòu)與"橫向路徑"架構(gòu)組成了完整測(cè)評(píng)體系，可實(shí)施對(duì)鋼絲繩載荷性能全面綜合量化評(píng)估。
權(quán)利要求
1、一種鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)方法，其特征在于利用鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的物理特性，以一個(gè)相對(duì)低的磁場(chǎng)強(qiáng)度H使鋼絲繩構(gòu)件具有連續(xù)、均勻的小磁能積；對(duì)與鋼絲繩構(gòu)件抗彎、扭、拉等力學(xué)性能退化單值等效相關(guān)的載荷材料物理場(chǎng)變信息；運(yùn)用磁能勢(shì)差異信息辨析技術(shù)裝置實(shí)時(shí)識(shí)別和提取；依據(jù)鋼絲繩構(gòu)件抗拉載荷破斷力的力學(xué)校核原則，設(shè)立一個(gè)等效參量表示鋼絲繩構(gòu)件相應(yīng)的載荷性能變化量，以無損方式完成鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期各環(huán)節(jié)的狀態(tài)檢測(cè)；創(chuàng)建鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期全程載荷性能科學(xué)測(cè)評(píng)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩載荷性能多取向，結(jié)合多條件的綜合量化評(píng)估。
2、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)方法，其特征在于所述的 利用鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的物理特性，以一個(gè)相對(duì)低的磁場(chǎng)強(qiáng)度H使鋼絲繩構(gòu)件具有連續(xù)、 均勻的小磁能積；鋼絲繩構(gòu)件載荷材料材質(zhì)為中高碳鋼或合金鋼，具有典型的鐵磁特性。這 —物理特性可以用"鋼鐵材料的磁特性曲線"B—H線在& /^區(qū)間變化率最高，材料的磁導(dǎo)率迅速增加并達(dá)到最大值，表明材料在這一H區(qū)間的磁特性磁感應(yīng)最為靈敏。由于鐵磁 性材料的磁滯特性，經(jīng)過H場(chǎng)的鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的任意體積元dV在場(chǎng)強(qiáng)H'作用下均 積聚一個(gè)小磁能積BH, H'取//。 //，。若以磁場(chǎng)強(qiáng)度為H'的磁化場(chǎng)對(duì)鋼絲繩構(gòu)件沿軸向連續(xù)施加磁載類磁化，構(gòu)件將沿軸向形成穩(wěn)定連續(xù)、均勻的小磁能積狀態(tài)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)方法，其特征在于所述的 與鋼絲繩構(gòu)件抗彎、扭、拉等力學(xué)性能退化單值等效相關(guān)的載荷材料物理場(chǎng)變信息；由于鋼 絲繩構(gòu)件載荷材料的鐵磁特性，被連續(xù)施加磁載的構(gòu)件中所有參與載荷工作的鐵磁性金屬材 料內(nèi)具有適量的低能量級(jí)x lmT級(jí)小磁能積BH，并且如果構(gòu)件中載荷材料沿其軸向的任意 體積元dV是連續(xù)、均勻、 一致的，則任意體積元dV內(nèi)具有的小磁能積是等量且分布均勻的， 相鄰體積元dV材料的磁導(dǎo)率yx是連續(xù)一致的，即沿構(gòu)件鐵磁材料建立的軸向磁場(chǎng)的磁力線 是均勻連續(xù)的，穿過任意體積元dV的正截面的磁通是等量的，磁通密度是相同的。鋼絲繩構(gòu) 件受拉、彎、扭等載荷反復(fù)作用后，產(chǎn)生應(yīng)力集中部位的材料組織結(jié)構(gòu)性狀將發(fā)生退變，這 些部位的磁導(dǎo)率大幅降低，相對(duì)磁阻增大幾百倍，原有的連續(xù)性、均勻性、 一致性等性狀被 破壞。發(fā)生退變的體積元dV或產(chǎn)生截面收縮，拉伸塑性頸縮變形或產(chǎn)生徑向/偏徑向裂紋氣 隙，彎扭疲勞裂斷，原來通過這些退變體積元dV的磁力線只能沿低能耗通路，磁導(dǎo)率高的材 料組織部分重新排布，體積元dV正截面的磁通密度隨之變化，小磁能積均勻狀態(tài)因此改變。 小磁能積分布態(tài)勢(shì)的改變使體積元dV上產(chǎn)生顯著的磁能勢(shì)差，既由載荷材料性狀退變前的等 磁能勢(shì)狀態(tài)演變?yōu)橐蜉d荷材料性狀退變而重建的差磁能勢(shì)狀態(tài)，鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的應(yīng)力 應(yīng)變退化程度越嚴(yán)重，導(dǎo)致的磁能勢(shì)差異就越突出；被施加了適量小磁能積規(guī)劃的鋼絲繩構(gòu)件工作時(shí)，無論其載荷材料處于何種應(yīng)力應(yīng)變拉變、彎變或扭變狀態(tài)，當(dāng)發(fā)展到引起材料性 狀退變載荷性能退化時(shí)，退變材料處體積元dV上的磁能勢(shì)分布將有等效的差異化響應(yīng)。這種載荷材料的物理場(chǎng)變化信息與其載荷性能力學(xué)性能退化程度具有明確的單值等效相關(guān)特性。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)方法，其特征在于所述的 運(yùn)用磁能勢(shì)差信息辨析裝置，對(duì)與構(gòu)件因反復(fù)應(yīng)力應(yīng)變產(chǎn)生載荷性能退化單值等效相關(guān)的， 材料物理場(chǎng)變信息實(shí)時(shí)識(shí)別與提??；磁能勢(shì)差異信息辨析裝置由電磁釋能元件、磁能衡元件、 可嵌入程序芯片、嵌入式邏輯軟件、調(diào)頻晶振體、調(diào)制解調(diào)電路和穩(wěn)恒低壓直流源等組成， 工藝流程平面布置形式；其中的電磁釋能元件用絕緣高導(dǎo)金屬絲與非晶體集合芯組制；磁能 衡元件用絕緣高導(dǎo)金屬絲與納米非晶片芯組制；調(diào)制解調(diào)電路為智能調(diào)\解模式電路；磁能 勢(shì)差異信息辨析裝置，實(shí)時(shí)識(shí)別與提取材料物理場(chǎng)變信息的工作原理特征是(1 )工作的電 磁釋能元件，在其周圍一定空間，按工作需要通過嵌入軟件邏輯調(diào)制給定能量的電磁場(chǎng)^;(2)工作的磁能衡元件，在其周圍一定空間，按工作需要通過嵌入軟件調(diào)制給定頻率的振 頻場(chǎng)；(3)具有適量小磁能積朋的鋼絲繩構(gòu)件進(jìn)入電磁場(chǎng)/振頻場(chǎng)的工作空間，其內(nèi)部原有穿過每一體積元dV的軸向磁場(chǎng)A與工作電磁場(chǎng)S,即發(fā)生場(chǎng)交互效應(yīng)并在兩者間建立新的"效應(yīng)磁場(chǎng)"，(4)磁能衡元件實(shí)時(shí)提取并輸出連續(xù)經(jīng)過工作電磁場(chǎng)/振頻場(chǎng)鋼絲繩全部 體積元"效應(yīng)磁場(chǎng)"的磁能勢(shì)差異信息及其全部表面形態(tài)"諧振場(chǎng)"的頻率信息，(5 )磁能 衡元件輸出的磁能勢(shì)差異信息和頻率信息分別為I / V和f形式，嵌入式邏輯軟件按設(shè)計(jì)的 識(shí)別模式建立可應(yīng)用分析的"磁能勢(shì)差異信息譜"和"諧頻信息譜"。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)方法，其特征在于所述的 依據(jù)鋼絲繩構(gòu)件抗拉載荷破斷力的力學(xué)校核原則，設(shè)立一個(gè)等效參量表示鋼絲繩構(gòu)件相應(yīng)的 載荷性能變化量，以無損方式完成鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期各環(huán)節(jié)的狀態(tài)檢測(cè)。其特征是各種 用途鋼絲繩構(gòu)件的載荷性能均以其抗拉、彎、扭三種力學(xué)指標(biāo)的失效性極限實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以界 定。其中，最重要的抗拉載荷破斷力用公式-F = KD2R / 1 0 0 0 計(jì)算校核式中F——鋼絲繩最小破斷拉力 (kN)D——鋼絲繩公稱直徑 (mm)R——鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度(M P a)K—一某一指定結(jié)構(gòu)鋼絲繩的最小破斷拉力系數(shù)。該公式確立了鋼絲繩構(gòu)件抗拉載荷破斷力與鋼絲繩構(gòu)件結(jié)構(gòu)性狀有效面積K Z)2的力學(xué)相關(guān)原則，這一原則用數(shù)學(xué)函數(shù)式表示F=/(A)， A定義為鋼絲繩構(gòu)件任意體積元dV 正截面上可承受抗拉、彎、扭載荷的鐵磁性金屬材料的面積總和。鋼絲繩載荷材料的有效截面積A-KZ)2;鋼絲繩載荷性能力學(xué)關(guān)系原則F^/(A)還可以廣義表述為F表示鋼絲繩載荷承載)的綜合等效能力，F(xiàn)是鋼絲繩正截面上所有參與承載金屬鐵磁性材料截面積總和A的單值函 數(shù)；參量A的變化UA相關(guān)于鋼絲繩載荷性能F相應(yīng)的變化。這是由于鋼絲繩構(gòu)件工作時(shí)處 于拉、彎、扭綜合應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，無論那種應(yīng)力應(yīng)變主導(dǎo)或同等作用導(dǎo)致鋼絲繩構(gòu)件某個(gè)部 位載荷材料發(fā)生結(jié)構(gòu)性狀退變，都將引起穿過該部位載荷材料體積元dV正截面上的磁力線 重新分布產(chǎn)生磁能勢(shì)差，磁能勢(shì)差反映磁通密度改變的客觀事實(shí)，而磁通密度變化量是參量 A變化量的線性函數(shù)關(guān)系相當(dāng)量"設(shè)立量"鋼絲繩構(gòu)件載荷材料截面積損失當(dāng)量％。因此，提 取的磁能勢(shì)差異信息，能客觀地反映載荷材料各部位的結(jié)構(gòu)性狀差異；并且，工作各環(huán)節(jié)均 以低磁能磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)，不產(chǎn)生電磁渦流、無強(qiáng)磁集膚效應(yīng)，對(duì)材料性質(zhì)、組織、結(jié)構(gòu)和性能等 無任何損害。
6、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)方法，其特征在于所述的 創(chuàng)建鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期全程載荷性能科學(xué)測(cè)評(píng)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩載荷性能多取向，結(jié)合 多條件的綜合量化評(píng)估；鋼絲繩構(gòu)件有明確的載荷性能能力目標(biāo)要求必須重復(fù)連續(xù)的、穩(wěn) 定可靠的完成給定的工作任務(wù)；同時(shí)，又具有較特殊的性能異變本質(zhì)不可修復(fù)性多向衰變 特征。因此，鋼絲繩構(gòu)件應(yīng)用周期的過程監(jiān)測(cè)及狀態(tài)評(píng)價(jià)尤為重要。測(cè)評(píng)體系按兩條基本路 徑架構(gòu)第一條為"縱向路徑"，根據(jù)鋼絲繩構(gòu)件從制造完成，到其安全使用價(jià)值終止的過程順序 構(gòu)建；通常應(yīng)用周期自使用方選擇為起點(diǎn)，各主要環(huán)節(jié)依次分別為產(chǎn)品品質(zhì)選擇過程、存 儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)過程、安裝施工過程、在役工作含維護(hù)保養(yǎng)過程、退役及降載再利用過程等。"縱向路 徑"設(shè)計(jì)旨在完成(1)鋼絲繩產(chǎn)品應(yīng)用周期閉環(huán)無損檢測(cè)，(2)品質(zhì)基準(zhǔn)的無損測(cè)定與參 數(shù)備份，(3)原始力學(xué)性能試驗(yàn)有損極限試驗(yàn)數(shù)據(jù)與無損檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)匹配基準(zhǔn)，(4)性能 參數(shù)傳遞及過程節(jié)點(diǎn)性能變化評(píng)價(jià)，(5)中期性能驗(yàn)證試驗(yàn)有損極限試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性評(píng)價(jià)，(6)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可靠性實(shí)時(shí)跟蹤評(píng)價(jià)，(7)退役處置的綜合評(píng)估及再利用的可靠性界定。 第二條為"橫向路徑"，根據(jù)鋼絲繩構(gòu)件基本性能品質(zhì)及應(yīng)用周期各工況條件下可靠性評(píng) 價(jià)取向構(gòu)建；按現(xiàn)代鋼絲繩構(gòu)件實(shí)際應(yīng)用的安全管理技術(shù)要求，其使用可靠性評(píng)價(jià)的重要取 向分為承載效穩(wěn)性差異評(píng)價(jià)、安全載荷周期評(píng)價(jià)、安全載荷總量評(píng)價(jià)和適用安全系數(shù)評(píng)價(jià)。"橫向路徑"設(shè)計(jì)為無損檢測(cè)數(shù)據(jù)于各評(píng)價(jià)取向，結(jié)合多種條件有效利用制定了技術(shù)原則-(1)承載效穩(wěn)性差異評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的幾何公差收斂條件、結(jié)構(gòu)特性條件、 材料強(qiáng)度等級(jí)條件等靜態(tài)特性條件，以及事件條件、材料結(jié)構(gòu)性狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率等動(dòng) 態(tài)特性條件，(2)安全載荷周期評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合環(huán)境條件、事件條件、無損跟蹤檢測(cè)條件以及 材料結(jié)構(gòu)性狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率條件，(3)安全載荷總量評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合額定工作載荷條件、 工作頻率條件、事件條件、靜/動(dòng)載變位條件以及材料結(jié)構(gòu)性狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率條件，(4) 適用安全系數(shù)評(píng)價(jià)，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)要求條件、實(shí)際安裝驗(yàn)證條件、最低使用界定條件、事件條 件以及材料結(jié)構(gòu)性狀退變?cè)鲩L率、擴(kuò)展率條件。"縱向路徑"架構(gòu)與"橫向路徑"架構(gòu)組成了,完整測(cè)評(píng)體系，可實(shí)施對(duì)鋼絲繩載荷性能全 面綜合量化評(píng)估。
全文摘要
一種鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)方法，利用鋼絲繩構(gòu)件載荷材料的物理特性，以一個(gè)相對(duì)低的磁場(chǎng)強(qiáng)度H使鋼絲繩構(gòu)件具有連續(xù)、均勻的小磁能積；對(duì)與鋼絲繩構(gòu)件抗彎、扭、拉等力學(xué)性能退化單值等效相關(guān)的載荷材料物理場(chǎng)變信息，運(yùn)用磁能勢(shì)差異信息辨析裝置實(shí)時(shí)識(shí)別和提??；本發(fā)明提供的鋼絲繩載荷性能無損測(cè)評(píng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從鋼絲繩構(gòu)件制造完成直至其安全使用價(jià)值終結(jié)，全面監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)狀態(tài)評(píng)估的設(shè)想，為防止人為災(zāi)難和節(jié)約物質(zhì)資源，提供了有效可行的技術(shù)手段及安全管理技術(shù)模式；具有十分積極的社會(huì)效益和極其現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)G01N27/72GK101509895SQ20091006451
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者旭 楊, 竇伯英, 竇柏林, 竇毓棠 申請(qǐng)人:洛陽逖悉開鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)有限公司