钢结构件安全管理领域“零”的突破:微磁基础传感器实时监测应力并探伤(一)

在生产制造和社会服务领域,包括大型设备在内的钢结构件安全保障对于基础设施安全、经济社会稳定运行意义重大。桥梁悬索、拉索应力监测和探伤、螺栓应力监测和探伤在这些钢结构件事故预防中发挥着极其重要的作用。相关安全管理部门普遍重视应力监测和探伤,一些高科技公司研发生产应力监测和探伤技术设备满足安全运行需要。

钢结构件安全事故及其原因
通常高强度应力疲劳和损伤可能会引发严重安全事故。诸如桥梁悬索和拉索断裂事故、桥梁主体垮塌事故、螺栓断裂事故等钢结构件安全事故的发生,多数是因为高强度应力疲劳和损伤并长期失检失修。
据媒体报道,2021年12月18日,湖北省大广高速与沪渝高速花湖互通枢纽匝道垮塌,发生桥梁侧翻,现场3人死亡、4人受伤。
相关专家分析认为匝道桥垮塌是因为该段桥梁长期重载,致使其钢结构件因为应力过于集中而受损,却长期得不到监测和修整,损伤累积到一定程度后爆发问题,出现垮塌。

传统钢结构件探伤方法及其局限
传统钢结构件无损探伤技术包括X射线、γ射线、超声波、磁粉、涡流、渗透(荧光、着色)等,各自存在自身缺陷,难以确保设备运营安全。
x射线探伤和γ射线探伤原理是利用x射线、γ射线或其他高能射线穿透金属材料,由于材料对射线的吸收和散射作用不同,使胶片感光不一样,在底片上形成黑度不同的影像,据此来判断材料内部缺陷情况。射线探伤要求工作表面平滑,且高度依赖检验人员经验,只能辨别缺陷种类、无法直观体现缺陷形态。而且射线辐射会严重威胁操作人员的身体健康。
超声波探伤原理是在均匀的材料中,缺陷的存在造成材料的不连续,从而造成声阻抗的不一致。根据反射定理,超声波在两种不同声阻抗的介质交界面上会形成反射,反射波的能量大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。超声波无法探测应力集中部位,另外缺陷的尺寸小于波长时,超声波将绕过缺陷而不能反射。
磁粉探伤原理是利用工件缺陷处的漏磁场与磁粉的相互作用。铁磁性材料制品缺陷处磁导率与正常部位磁导率存在差异,磁化后这些材料不连续处的磁场将发生畸变,磁通泄漏处工件表面产生了漏磁场,从而吸附磁粉形成缺陷处的磁粉堆积——磁痕,在适当的光照条件下,可显现出缺陷位置和形状。磁粉探伤需要磁化,操作程序过于复杂。
涡流探伤利用电磁感应原理,用激磁线圈使导电构件内产生涡电流,借助探测线圈测定涡电流的变化量,从而获得构件缺陷的有关信息。涡流探伤需要检测线圈激磁。
渗透探伤是利用毛细现象检查材料表面缺陷的一种无损检验方法,包括渗透、清洗、显象和检查四个基本步骤,但不适用于结构疏松的粉末冶金零件及其他多孔性材料探伤。

基于磁探测的应力监测和探伤的原理与优势
磁探测从空中到地面,再到水下,可以全范围覆盖、全天候进行。金属磁记忆探伤属于新型磁探测技术,是一种利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的快速无损检测方法,能替代传统无损探伤技术。
所谓金属磁记忆效应是指:铁磁性材料在加工和运行时,在应力和变形集中区域会发生磁畴组织定向和不可逆的重新取向。金属构件表面的这种磁状态“记忆”着微观缺陷或应力集中的位置,即所谓的磁记忆效应。
磁异常探测理论认为,当磁探测传感器位置与铁磁性目标的距离大于3倍目标几何尺寸时,可以把铁磁性目标简化成磁偶极子模型,不考虑地磁背景场情况下,磁场总强度B大小可以由下列公式计算出来。(见文后图片)
式中,
μ—磁导率;
m—磁偶极子磁矩;
r—距离;
θ—方位。
它在空间一点 P 产生的磁场 Br分布示意图如下图所示:(见文后图片)
由此公式可知,磁感应强度大小与距离成立方衰减关系。当处于地磁场环境中的铁磁性构件受到外部载荷作用时,该部位会出现磁畴的固定节点,产生磁极,形成退磁场,在金属表面形成漏磁场。该漏磁场强度的切向分量Hpx具有最大值,而法向分量Hpy改变符号并具有零值。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后依然保留记忆下来。
基于金属磁记忆效应的基本原理制作的检测仪器,通过记录垂直于金属构件表面的磁场强度分量沿某一方向的分布情况,能够对铁磁性金属构件内部的应力集中区,即微观缺陷和早期失效、损伤等进行诊断,防止突发性的疲劳损伤。金属磁记忆方法与X射线、γ射线、超声波、磁粉、涡流、渗透(荧光、着色) 等方法相比较,具有这些优点:不需要专门的磁化装置;不需要对表面进行清洁处理;不需要采用耦合技术;可快速、准确检测出应力集中部位;既可检测现有缺陷,亦可根据内应力变化预测未来可能发生的缺陷。
钢结构件应力监测和探伤装置主要由基于磁异常原理研发的微磁基础传感器阵列组成。钢结构件应力监测和探伤装置属于国内首创,其突破传统探伤原理的诸多局限,可以提供新的应力监测和探伤方案,以便使用者在不同场景中选择适合其需要的应力监测和探伤仪器。

国创智能微磁基础传感器监测桥梁钢结构件应力和探伤
严重的钢结构件安全事故会造成生命、财产损失。监测钢结构件应力判断损伤趋势才能有效预防事故发生。应力监测和探伤是包括大型设备在内的钢结构件安全监测的重要内容。
微磁基础传感器基于地磁信息采集、计算、传输、显示的原理,利用金属磁力学原理和金属磁记忆效应,监测桥梁钢结构件应力变化,为包括大型设备在内的钢结构件管理部门提供安全保障。基于巨磁阻抗效应的国创智能微磁基础传感器具有灵敏度高、响应速度快、功耗低等优势。采用国创智能微磁基础传感器测量金属材料的内应力,分辨率最高可达公斤级。
以风电塔筒为例,当螺栓在正常使用时,其承受的拉力主要来源是塔筒倾斜产生的不对称重力,以及侧向风压产生的推力。因此,其圆周上每个螺栓都会有一个拉力,并会随塔筒倾斜度和风向、风力发生微小的变化,但总体都有一个相对固定的拉力,大小约为100kN。一旦有螺栓松脱,其拉力将分散给其它未松脱的螺栓,而其拉力将降至零或者一个很小的数值。
基于此原理24小时实时监测每个螺栓的拉力,一旦其数值发生变化,且与风向、风力不相关,而塔筒并未出现严重倾斜,即可准确判断出该螺栓是否发生松动。此外,风电塔筒是一个超高钢结构体,也可以借助螺栓应力监测系统对其是否倾斜、结构受力及其分布情况进行24小时实时在线监控,从而构成一整套风电塔筒结构安全监控系统。
基于金属磁记忆效应原理工作的螺栓应力监测仪器,其核心部件为国创智能微磁基础传感器。螺栓应力监测系统可作为一个独立的分布式测量与控制系统使用,不仅应用于风电塔筒应力监测,还可广泛应用于其他包括大型设备在内的钢结构件应力监测。
包括大型设备在内的钢结构件安全管理离不开应力监测和探伤技术设备。一些具有前瞻性的高科技公司关注基础设施安全保障需要,研发生产新的技术设备,服务生产制造和社会服务行业。国创智能长期从事微磁基础传感器、磁记忆应力监测和探伤设备的研发生产,应用于诸如桥梁主体垮塌事故、桥梁悬索和拉索断裂事故、螺栓断裂事故等钢结构件安全事故预防,在基础理论、工程实践和产品生产制造方面均具有丰富经验,得到业界高度关注。

痛风关节红肿疼痛反复发作是怎么回事?湖北省中医院宋跃进教授:问题多出在这里。现代医学认为痛风是因长期过量摄入嘌呤食物,导致尿酸堆积沉淀所致,多采用消炎、镇痛或激素类药物控制,然而这种治疗方法容易使患者产生药物依赖,容易反复发作,且副作用较大,长期使用会对身体造成严重危害,中医认为痛风反复发作除传统西药治疗的弊端引起之外,还跟下面的原因有关:

  1、痛风是由浊毒转化而来。好比我们摄入的食品分解的“垃圾”代谢不出去,堆积成浊毒,是导致痛风反复发作的一个的根源。

  2、很多患者在初期对无症状高尿酸血症不够重视,导致尿酸持续居高不下,对血管、骨质、肝肾等持续破坏,恶性循环之下,又进一步加重了尿酸代谢的困难。

  “诚顺和中医排脓降酸法”解决痛风反复发作的难题

  临床上痛风多为素体湿热内蕴,煎灼津液,炼津为痰,湿热痰浊,痰浊湿浊相互搏结,化生毒邪,终致湿热瘀毒,痹阻经络,发为痛风。针对痛风的这个病机,“诚顺和中医排脓降酸法”根据辨证的情况,主要采用清热化湿,泄浊化瘀,推陈致新,调益脾肾,正本清源,善用虫药,协同增效,并将此原则贯穿于痛风治疗过程的始终。“诚顺和中医排脓降酸法”针对痛风的病机和特点,辨证论治,三联齐下,诸药相伍,共奏激浊扬清,清热化湿,化瘀通络,调益脾肾之功,从而达到标本兼治的效果,具有效果确切,副作用很小,不易反复的特点。

  痛风医案一则:

  患者男,48岁,初诊诉痛风性关节炎7年余,多方求治效果不佳,时好时坏,反复发作。诊见:间断发作双足大趾红肿热痛,近期加重,影响行走。查血尿酸529.6μmol/L,纳可眠安,二便正常。舌质暗红,中有裂纹,舌苔黄,脉象滑。

  辨证分析认为该患者素嗜肥甘,加之人到中年,脾肾不足,脾虚中焦运化失司,湿热内生,蕴生热毒,肾气不足,清浊泌别失司,湿热不得排泄,湿性重浊,下行于足,湿热壅滞,气血不得宣通,故足趾红肿热痛。舌红,苔黄,脉滑为湿热之证。本病本虚标实,湿毒瘀滞为标,脾肾亏虚为本,急性期以邪实为主,急则指标。中医诊断:湿毒蕴结所致痹症。治法:清热利湿解毒,通痹止痛。

  开中药14剂代煎服,嘱每日一剂,分早晚温服,嘱避风寒、节饮食。二诊,查血尿酸450 μmol/L,服药期间疼痛1次,疼痛程度较之前减轻,精神渐振。辨证后续前方加减,开中药14剂代煎服。三诊,查血尿酸419 μmol/L。辨证后续前方加减,开中药14剂代煎服。四诊,查390μmol/L,痛风未发作,辨证后调整药方继续调理巩固。后随访一年余,未再发作。

  宋跃进教授简介:

  湖北省中医院风湿免疫科主任医师,教授,

  湖北省中西医结合风湿专业委员会秘书长,中国中西医结合学会委员会委员

  宋跃进教授毕业于湖北中医学院,从事中医药临床诊疗和科研工作数十年,临床经验丰富,是湖北省中医院风湿免疫科专家,在武汉诚顺和中医门诊部坐诊。宋跃进教授是中国人民政治协商会议洪山区第七届委员会委员。主要研究项目省科委项目1项,1998年获湖北省人民政府科学技术进步二等奖。省科技厅攻关项目1项。 “十五”攻关项目2项,主要著作在各级专业杂志发表论文数篇,对痛风、甲亢、风湿病、呼吸系统疾病等疑难杂症颇具心得。

  擅长诊治:

  1、内分泌系统疾病:痛风、糖尿病、甲亢、甲减等。

  2、风湿性疾病:风湿骨病、风湿、类风湿关节炎、强直性脊柱炎、系统性红斑狼疮等。

  3、呼吸系统疾病:慢阻肺、发热咳嗽、急慢性支气管炎等肺部疾患。

  4、其他疑难杂症:泌尿系结石、肾盂肾炎、前列腺增生、胃病等。

  坐诊地点:武汉诚顺和中医门诊部(诚顺和中医馆)
  咨询预约:027-87878466,微信(手机同号):18627730962
  移动官网咨询预约:https://t.cn/EXqefGz

#探索武汉记忆#【《武汉备要》——宋庆龄汉口旧居】位于江岸区沿江大道黎黄陂路口,原为俄国华俄道胜银行大楼,始建于1896年,国民革命时期,此建筑为国民政府财政部和中央银行汉口分行。2002年,湖北省人民政府公布为省级文物保护单位。

1926年,国民政府决定迁都武汉,12月10日,宋庆龄和国民政府先遣人员到达武汉。在汉期间,宋庆龄参加国民党二届三中全会,参与收回汉口英租界,创办妇女运动训练班,接待安娜·路易斯·斯特朗等人,发表了“讨蒋通电”“七一四”声明,以维护三民主义和联俄、联共、扶助农工的三大政策。

中华人民共和国成立后,此建筑成为武汉军区胜利文工团的驻地,其花园原有的防空洞、假山被拆毁,楼顶坡面被改造为阁楼。后为企业投资改建为蓝光艺术博物馆对外开放。二楼陈列复原了宋庆龄卧室和会客厅的状况,陈列着宋庆龄当时使用过的梳妆台、太师椅、书桌、藤床等珍贵文物。此外,还辟有展室,展出孙中山、宋庆龄图片资料和其他实物。


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