复杂钢索波动力学分析与应力、缺陷检测关键技术研究

钢索是广泛应用于工业和国防领域的一种重要承力部件，如预应力结构中的钢绞线、缆车与电梯用钢丝绳以及舰载飞机阻拦装置中的阻拦索等。钢索的应力、损伤与缺陷状态直接影响着整体结构的运行安全和使用寿命。本项目立足于发展复杂钢索波动力学分析的基本理论，提出一种基于声弹性与磁弹性一体化柔性传感器技术的复杂钢索静、动态应力测量及缺陷检测等集成技术。研究重点为：1)对复杂钢索中高阶螺旋杆的几何构型进行合理的数学描述，考虑钢线间的接触类型和摩擦效应，揭示复杂钢索的组合变形机理，给出轴向或横向冲击荷载作用下复杂钢索的应力波传播机理以及动应力表征。2)复杂钢索应力的声参数及磁参数表征以及功能一体化柔性传感器的优化设计与集成实现，研究确定传感器测试的精度与灵敏度。3)复杂钢索应力测定与缺陷检测的各种影响因素分析，揭示在载荷-环境耦合作用下超声导波传播的带隙特征机理。最终实现具有自主知识产权的复杂钢索健康监测技术。

复杂钢索的缺陷、应力检测是特种设备、市政工程及军用领域的重大技术需求。项目紧密围绕复杂钢索波动力学分析与应力、缺陷检测关键技术进行攻关，在钢索波动力学理论、磁-声无损检测方法与技术、专用仪器研制及应用等方面开展合作研究，取得了以下主要成果：.（1）首次报道了复杂钢索中导波的频带缺失、频带迁移和多杆结构内导波能量振荡传递的3种实验新现象。理论上揭示了一阶螺旋结构中导波频带缺失及其随预应力变化而漂移的内在机理。建立了基于弹簧-阻尼模型的杆间能量耦合模型，解释了杆间导波能量交替振荡传递的实验现象；.（2）发展了磁-声一体化检测理论与传感器优化设计方法，研制出基于共源励磁方式，可同步实施导波、磁弹和漏磁等3种检测功能的样机；.（3）提出了基于导波陷频的钢绞线应力检测新方法，研制出多款高性能柔性磁致伸缩传感器和专用导波检测设备；.（4）建立了考虑预应力的缺陷漏磁检测模型，研制出三代基于隧道磁阻圆环阵列的漏磁检测仪，为国防工业的某特型钢索损伤检测提供了技术装备；.（5）提出了基于灵敏度矩阵的钢索应力磁弹检测方法，开发出力-温度耦合条件下钢索结构磁特性曲线的测量技术；研制出高功率脉冲磁弹检测仪，成功实现了多根桥梁斜拉索张拉过程的应力检测。.基于本项目提出的新原理和发展的新技术，研制的多台/套无损检测样机参加了国内大型仪器展会，部分成果为国防、航天和市政工程等领域中的钢索应力与缺陷检测提供了技术支持。