王 笑

（浙江師范大學(xué)行知學(xué)院，金華 321000）

基于虛擬技術(shù)的渦流裂紋檢測(cè)臺(tái)的設(shè)計(jì)與仿真

王 笑

（浙江師范大學(xué)行知學(xué)院，金華 321000）

針對(duì)檢測(cè)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的接觸碰撞現(xiàn)象，結(jié)合渦流檢測(cè)臺(tái)的工作原理和特點(diǎn)，采用ADAMS以及Recurdyn等虛擬技術(shù)為仿真平臺(tái)，利用分部仿真的方法及使用樣條插值函數(shù)實(shí)現(xiàn)軟件間的數(shù)據(jù)傳遞，完成檢測(cè)臺(tái)虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)。根據(jù)仿真結(jié)果分析檢測(cè)臺(tái)主軸與探頭的對(duì)中性問題，避免出現(xiàn)提離效應(yīng)，同時(shí)也對(duì)整臺(tái)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)運(yùn)作。

渦流探傷 ADAMS Recurdyn 仿真

引言

近年來，無損檢測(cè)技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、成品檢驗(yàn)過程中發(fā)揮了重要作用，為產(chǎn)品的生產(chǎn)加工和質(zhì)量提供了保障[1]。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，已成為許多工程領(lǐng)域進(jìn)行系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、評(píng)估的重要手段。通過替代試驗(yàn)，大幅度降低產(chǎn)品開發(fā)成本。同時(shí)，虛擬設(shè)計(jì)開發(fā)在產(chǎn)品投產(chǎn)前對(duì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，提高產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的可能性，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。因此，運(yùn)用虛擬設(shè)計(jì)對(duì)渦流探傷檢測(cè)臺(tái)進(jìn)行評(píng)估，可以提高檢測(cè)臺(tái)投產(chǎn)的可行性[2]。

1 渦流探傷的工作原理及特點(diǎn)

渦流探傷是無損檢測(cè)五大常規(guī)方法中的一種。它利用電磁感應(yīng)原理，用通有交變電流的探頭線圈產(chǎn)生交變渦流磁場(chǎng)。探頭線圈在金屬表面移動(dòng)遇到裂紋或裂紋深度有變化時(shí)，會(huì)使渦流磁場(chǎng)引起畸變。測(cè)出這種變化，就能鑒別金屬表層有無裂紋和裂紋缺陷的大小[3]。

渦流探傷對(duì)機(jī)件表面裂紋特別敏感，能直觀指示出裂紋或其他缺陷，對(duì)小裂紋的深度可給出定量信息。但是，渦輪探傷只能探測(cè)表面和表皮缺陷，一般深度在l～2mm左右。對(duì)大面積未知部位的裂紋檢測(cè)，操作容易疲勞，有漏檢可能。

常規(guī)的渦流檢測(cè)方法具有提離效應(yīng)。測(cè)量時(shí)，檢測(cè)值對(duì)傳感器與被測(cè)物體間的相對(duì)位置非常敏感。檢測(cè)過程中，傳感器與被測(cè)工件間距離的變化，會(huì)增強(qiáng)提離效應(yīng)，大大降低檢測(cè)的靈敏度。所以，在機(jī)械裝置設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮工件與探頭的對(duì)中性問題，一般要求小于0.2mm。

2 檢測(cè)臺(tái)的設(shè)計(jì)原理

檢測(cè)臺(tái)主要由動(dòng)力系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)和打標(biāo)系統(tǒng)組成，利用PLC實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。檢測(cè)臺(tái)工作流程如圖1所示。

3 檢測(cè)臺(tái)的仿真與分析

檢測(cè)臺(tái)的仿真主要使用ADAMS/View進(jìn)行，通過產(chǎn)品可視化效果和得到的一些重要數(shù)據(jù)，對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。

在三維造型軟件中建立檢測(cè)臺(tái)的三維模型，在ADAMS中加約束，通過考察主軸與軸承、軸承與缸體間在高速旋轉(zhuǎn)和受外力沖擊下產(chǎn)生的微小位移量，分析動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)主軸與渦流探頭之間對(duì)中性的影響。

圖1 裂紋檢測(cè)臺(tái)流程圖

3.1 動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)的仿真

為提高仿真運(yùn)算速度，采用動(dòng)力學(xué)仿真軟件Recurdyn來建立帶與帶輪的模型。

在Recurdyn中采集帶輪數(shù)據(jù)后，將所得數(shù)據(jù)以插值樣條形式轉(zhuǎn)換到ADAMS中進(jìn)行仿真，讓主動(dòng)帶輪以規(guī)定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)來考察從動(dòng)帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)及受力情況。圖2為主、從動(dòng)帶輪角速度的對(duì)比。

圖2 主、從動(dòng)帶輪角速度對(duì)比

從圖2中可以看出，紅線代表理論值即主動(dòng)帶輪角速度，而藍(lán)線代表從動(dòng)帶輪角速度，其值始終在理論值上下波動(dòng)，但幅度并不大。將所得曲線的數(shù)據(jù)輸出為離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，以“時(shí)間-角速度”的形式輸入到ADAMS中，形成樣條曲線，如圖3所示。通過這種方法實(shí)現(xiàn)了Recurdyn與ADAMS之間數(shù)據(jù)的傳遞。

圖3 離散點(diǎn)插值后的樣條曲線

通過仿真得到的從動(dòng)帶輪受力曲線，如圖4所示。

圖4 從動(dòng)帶輪受力曲線

用上述同樣的方法，將曲線轉(zhuǎn)換成離散點(diǎn)輸入ADAMS中，對(duì)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行考察。

3.2 主軸的仿真與分析

由于渦流探傷必須克服提離效應(yīng)，檢測(cè)臺(tái)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)情況將直接影響檢測(cè)結(jié)果。在ADAMS里對(duì)檢測(cè)臺(tái)主軸進(jìn)行模型簡化，模擬從主動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪到主軸系列傳動(dòng)，主軸轉(zhuǎn)速的變化以及所受力產(chǎn)生的微小位移量，結(jié)果如圖5所示。

檢測(cè)臺(tái)開始運(yùn)行時(shí)，由于受到的沖擊力較大，產(chǎn)生位移量也相應(yīng)較大，其值SMax=-0.1164mm。此后，位移值都較小。從圖5中可以看出，S=0.0656mm，這些值小于所要求的0.2mm，說明主軸與探頭對(duì)中性較好。上述仿真運(yùn)算得出的結(jié)果表明，檢測(cè)臺(tái)在主軸尺寸、與軸承空間相對(duì)位置設(shè)計(jì)以及整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上都比較合理。

圖5 主軸末端中心點(diǎn)位移量

4 結(jié)論

檢測(cè)臺(tái)基于虛擬技術(shù)，采用ADAMS和Recurdyn，并結(jié)合各自優(yōu)點(diǎn)，利用分部仿真的方法近似模擬同步帶傳動(dòng)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)，運(yùn)用ADAMS提供的各種函數(shù)功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的仿真，考察了檢測(cè)臺(tái)的工作情況，檢驗(yàn)了設(shè)計(jì)的合理性，有效縮短了開發(fā)周期，減少了開發(fā)成本，為檢測(cè)臺(tái)的投產(chǎn)了提供保障。

[1]張家俊.論國外無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[D].北京：清華大學(xué)，2002.

[2]陳琪,徐林林等.產(chǎn)品開發(fā)與虛擬設(shè)計(jì)制造技術(shù)[J].開發(fā)與創(chuàng)新，2002，（3）.

[3]黃太平，羅貴火，車創(chuàng)林.滾動(dòng)軸承動(dòng)力特性測(cè)試方法[C].發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度振動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議，1996，（4）：31-37.

Design and Simulation of Vortex Crack Inspection Station Based on Virtual Technology

WANG Xiao
(College of Education, Zhejiang Normal University, Jinhua 321000)

Aiming at the contact collision phenomenon existing in the drive system of the inspection station, combined with the working principle and characteristics of the eddy current testing platform, using ADAMS and Recurdyn as the simulation platform, using the method of segment simulation and spline interpolating function The design of the virtual prototype is completed. According to the simulation results, the neutral problem of the spindle and the probe is analyzed to avoid the lift-off effect, and the working state of the whole equipment is simulated to realize the coordinated operation among the systems.

eddy current testing, ADAMS, Recurdyn, simulation