工程科学学报，第37卷，增刊1：12-17,2015年5月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,Suppl.1:12-17,May 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.003:http://journals.ustb.edu.cn 透射式磁弹性带钢应力无损检测 曾杰伟，张清东四，缪存孝，苏兰海，毕佳 北京科技大学机械工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:zhang_qd@me.usib.cd.cm 摘要基于磁弹效应提出了采用电磁透射方式评价应力和残余应力的方法.针对冷轧带钢磁弹性应力测量方案设计了标 定装置并以此对传感器输出特性展开了研究，阐述了其电磁应力检测原理.通过ANSYS有限元数值方法对标定装置结构承 载能力进行了仿真分析，在此基础上，采用50Hz的正弦交流的激磁系统研制了磁弹性应力测量系统样机，并通过搭建的测试 平台对样机及标定块进行了单侧式与透射式两种实验方案的静态加载比较试验.试验结果表明：在标定块额定承载范围内， 透射式磁测方案能够实现对钢板内应力的线性响应，为磁弹性应力测量技术的工业化应用开辟了一条新途径 关键词磁弹效应：应力：有限元：传感器：带钢 分类号TH73 Stress nondestructive testing of strip steel based on transmissive magnetoelastic effect ZENG Jie-ei,ZHANG Qing-dong,MIAO Cun-xiao,SU Lan-hai,BI Jia School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:zhang_qd@me.ustb.edu.cn ABSTRACT A new method for the evaluation of stress in cold rolled strip based on magnetoelastic effect is presented.The sensor output characteristics were studied and its magnetic stress detection principle was also described.Using the ANSYS finite element method,simulation analysis of the structure carrying capacity of the calibration device model was conducted.Choosing a 50 Hz sinu- soidal AC excitation system,a magnetic elastic stress measurement system prototype with the gap of 1.5 mm was developed.A performance testing platform was built to characterize the sensor output test of the prototype.The testing results show that the device can achieve linear response for stress in the steel sheet and provide a new way for the wide application of the magnetic elastic stress measurement technology. KEY WORDS magnetoelastic effect:stress:finite element simulation:sensor:strip steel 板形是板带钢产品的主要质量指标之一，源自于问题 生产过程中带钢内部幅值较大的不均匀残余应力现 板带材高速生产制造过程要求传感器在适应带钢 象，是导致冷轧板带材板形缺陷的主要原因.目前冷 恶劣生产现场条件的前提下实现快速、可靠和优选的 轧带钢轧机主要采用带张力的轧制方法，目的是为 非破坏性检测.板形检测的主要方法是通过板形仪检 了提高板形质量，降低轧制负荷和能耗，能够生产出 测带钢内应力分布四，当前用于冷轧带钢的板形仪主 更薄的产品.采用带张力轧制的关键是保持张力恒 流产品均采用分割辊接触压力检测方案，该类检测方 定，以避免由于张力的变化而引起轧制力的变化，并 案灵敏度低，接触式测量易造成打滑划伤带钢和模具， 使得轧出的带钢纵向厚度不匀.因此，对带钢的内应 工装投资巨大，总性价比低，传感器布置在分割辊辊周 力进行测量和控制成为提高板带材产品质量的首要 4个等分点处，无法实现对板带材的连续测量 收稿日期：20150106 基金项目：国家科技支撑计划重点资助项目(2011BAE13B05):国家自然科学基金资助项目(51075031)工程科学学报，第 37 卷，增刊 1: 12--17，2015 年 5 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，Suppl． 1: 12--17，May 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． s1． 003; http: / /journals． ustb． edu． cn 透射式磁弹性带钢应力无损检测 曾杰伟，张清东，缪存孝，苏兰海，毕 佳 北京科技大学机械工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: zhang_qd@ me． ustb． edu． cn 摘 要 基于磁弹效应提出了采用电磁透射方式评价应力和残余应力的方法． 针对冷轧带钢磁弹性应力测量方案设计了标 定装置并以此对传感器输出特性展开了研究，阐述了其电磁应力检测原理． 通过 ANSYS 有限元数值方法对标定装置结构承 载能力进行了仿真分析，在此基础上，采用 50 Hz 的正弦交流的激磁系统研制了磁弹性应力测量系统样机，并通过搭建的测试 平台对样机及标定块进行了单侧式与透射式两种实验方案的静态加载比较试验． 试验结果表明: 在标定块额定承载范围内， 透射式磁测方案能够实现对钢板内应力的线性响应，为磁弹性应力测量技术的工业化应用开辟了一条新途径． 关键词 磁弹效应; 应力; 有限元; 传感器; 带钢 分类号 TH73 Stress nondestructive testing of strip steel based on transmissive magnetoelastic effect ZENG Jie-wei，ZHANG Qing-dong ，MIAO Cun-xiao，SU Lan-hai，BI Jia School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: zhang_qd@ me． ustb． edu． cn ABSTRACT A new method for the evaluation of stress in cold rolled strip based on magnetoelastic effect is presented． The sensor output characteristics were studied and its magnetic stress detection principle was also described． Using the ANSYS finite element method，simulation analysis of the structure carrying capacity of the calibration device model was conducted． Choosing a 50 Hz sinu￾soidal AC excitation system，a magnetic elastic stress measurement system prototype with the gap of 1. 5 mm was developed． A performance testing platform was built to characterize the sensor output test of the prototype． The testing results show that the device can achieve linear response for stress in the steel sheet and provide a new way for the wide application of the magnetic elastic stress measurement technology． KEY WORDS magnetoelastic effect; stress; finite element simulation; sensor; strip steel 收稿日期: 2015--01--06 基金项目: 国家科技支撑计划重点资助项目( 2011BAE13B05) ; 国家自然科学基金资助项目( 51075031) 板形是板带钢产品的主要质量指标之一，源自于 生产过程中带钢内部幅值较大的不均匀残余应力现 象，是导致冷轧板带材板形缺陷的主要原因． 目前冷 轧带钢轧机主要采用带张力的轧制方法，目的是为 了提高板形质量，降低轧制负荷和能耗，能够生产出 更薄的产品． 采用带张力轧制的关键是保持张力恒 定，以避免由于张力的变化而引起轧制力的变化，并 使得轧出的带钢纵向厚度不匀． 因此，对带钢的内应 力进行测量和控制成为提高板带材产品质量的首要 问题［1--2］． 板带材高速生产制造过程要求传感器在适应带钢 恶劣生产现场条件的前提下实现快速、可靠和优选的 非破坏性检测． 板形检测的主要方法是通过板形仪检 测带钢内应力分布［3］，当前用于冷轧带钢的板形仪主 流产品均采用分割辊接触压力检测方案，该类检测方 案灵敏度低，接触式测量易造成打滑划伤带钢和模具， 工装投资巨大，总性价比低，传感器布置在分割辊辊周 4 个等分点处，无法实现对板带材的连续测量．