拉伸状态下钢丝绳微电阻特性分析与测试系统研究

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钢丝绳是由优质碳素钢丝捻制成股,再由若干股围绕绳芯捻制成绳的空间螺旋结构挠性制品。由于材料的特殊性决定了它具有很好的导电性能。钢丝绳被广泛应用于众多工程领域,例如交通运输、建筑桥梁、航天航空、通信等众多领域,其力学性能至关重要,但是人们往往会忽略掉其电阻性。微电阻检测法是一种损伤检测方便,表征物理意义清晰的手段,其电阻大小能够反映钢丝绳的整体损伤状态,这种方法在产品检验,安全评估和实验研究中具有应用前景。因此,开展钢丝绳拉伸状态下微电阻特性分析与测试系统研究对钢丝绳的高效使用、安全评估和及时维护以及对其更深入的了解具有重要意义。  本论文以钢丝绳为研究对象,采用电流倒向的四线制测量技术对钢丝绳进行微电阻测量,基于这一技术开发一套微电阻测试仪以及配套的自动检测上位机系统,在此基础上搭建钢丝绳微电阻自动检测平台,基于此平台开展钢丝绳在拉伸状态下微电阻特性分析实验,以微电阻为参量全程表征钢丝绳的拉伸状态,获得不同拉伸状态下钢丝绳微电阻变化规律,从而反映钢丝绳当前的拉伸状态。主要研究内容包括:  首先,介绍了钢丝绳的结构和分类,分析了钢丝绳的电阻特性,对比分析了微电阻测量方法中二线制、三线制和四线制的特征,研究了电流倒向技术的四线制微电阻测量方法。  其次,以6×19+FC标准试件为研究对象,开展钢丝绳拉伸状态下微电阻表征试验,研究钢丝绳载荷和微电阻值之间的关系。结果表明:钢丝绳在拉伸过程中经历弹性阶段、塑性阶段和断裂,在钢丝绳拉伸的全过程中,钢丝绳拉伸状态和微电阻的变化规律具有很好的相关性。同时也验证了微电阻表征钢丝绳拉伸状态的可行性。  再次,以ATMEGA128单片机为硬件平台和以ICCAVR为软件平台开发微电阻测试仪;以LabWindows/CVI为软件平台开发钢丝绳自动检测系统。构建了以微电阻测试仪为下位机,自动检测系统为上位机的钢丝绳微电阻自动检测平台。实现微电阻测试仪的恒流源输出,电压采集与放大,钢丝绳微电阻的实时四线制测量,数据保存到数据库并且能够以坐标曲线的方式进行查看与分析,数据的上限与下限的监控,钢丝绳状态监控等功能。  最后,基于钢丝绳微电阻自动检测平台开展钢丝绳拉伸状态下全程微电阻表征实验,研究了弹性阶段和塑性阶段下钢丝绳微电阻的变化规律。结果表明:在钢丝绳整个拉伸过程中,钢丝绳的微电阻值随着载荷的增大而增大;在弹性范围内研究发现,钢丝绳的微电阻值与载荷成线性关系,对应的微电阻值增量趋于稳定;在塑性范围内研究发现,钢丝绳的微电阻值随着载荷的增大而呈非线性加快增长,对应微电阻增量也呈现快速增长,钢丝绳处于屈服、强化和颈缩阶段的微电阻增长速度呈现依次递增的特点。钢丝绳微电阻自动检测平台能够有效地反映出钢丝绳处于正常、屈服、强化、颈缩和断裂状态。  本文通过钢丝绳拉伸状态下全程微电阻表征实验,得到钢丝绳在拉伸过程中的微电阻变化规律,开辟了钢丝绳拉伸表征的新方法,对今后钢丝绳无损检测和使用状态提供了依据和参考。  
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