近日，上海交通大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院張文明教授團(tuán)隊(duì)在Advanced Science上發(fā)表題為“Dynamically Rotating Magnetic Levitation to Characterize the Spatial Density Heterogeneity of Materials”的研究論文，提出了動態(tài)抗磁懸浮缺陷檢測的新方法，首次利用物體的非線性懸浮特征實(shí)現(xiàn)了材料內(nèi)部的異質(zhì)性表征，為推動抗磁懸浮檢測方法走向無損缺陷檢測實(shí)際應(yīng)用提供了新思路。機(jī)械與動力工程學(xué)院博士后高秋華為論文第一作者，張文明教授為通訊作者。
圖1 動態(tài)抗磁懸浮檢測非均質(zhì)材料異質(zhì)性表征原理
基于抗磁懸浮原理的無損檢測技術(shù)，具有無需標(biāo)記、響應(yīng)速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于形貌不規(guī)則的固體、有機(jī)液滴及柔性易破損的軟材料，為非均質(zhì)材料的檢測與表征提供了一種新的技術(shù)途徑，成為非接觸精密檢測領(lǐng)域的國際前沿?zé)狳c(diǎn)。隨著高性能檢測需求的日益凸顯，基于磁力-重力靜平衡原理的抗磁懸浮檢測方法，在檢測性能及不均勻度表征方面存在局限，嚴(yán)重限制了抗磁懸浮檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。針對上述問題，研究團(tuán)隊(duì)從動態(tài)檢測機(jī)理出發(fā)，提出了動態(tài)抗磁懸浮檢測方法，利用物體的非線性懸浮特征實(shí)現(xiàn)了材料內(nèi)部的異質(zhì)性表征。
圖2 具有局部缺陷懸浮物體的懸浮穩(wěn)態(tài)特征
動態(tài)抗磁懸浮檢測方法的出發(fā)點(diǎn)是通過設(shè)計(jì)可調(diào)控的動態(tài)離心力來放大懸浮物內(nèi)部的密度差異。理論與實(shí)驗(yàn)研究揭示了可調(diào)離心力、非線性磁力與內(nèi)部密度異質(zhì)性對物體懸浮穩(wěn)態(tài)的影響規(guī)律。非線性磁力與可調(diào)離心力的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了懸浮物體穩(wěn)定平衡態(tài)的調(diào)節(jié)，懸浮穩(wěn)態(tài)特征可用于辨識物體內(nèi)密度異質(zhì)性差異，如均質(zhì)與具有密度梯度的材料分別呈現(xiàn)不同方向的單穩(wěn)態(tài)懸浮定向，而具有局部缺陷的材料具有雙穩(wěn)態(tài)或雙穩(wěn)態(tài)-單穩(wěn)態(tài)懸浮定向特性。利用物體的非線性懸浮特征表征內(nèi)部密度異質(zhì)性，為推動抗磁懸浮方法走向材料非接觸、無標(biāo)記、無損檢測實(shí)際應(yīng)用提供了新思路。
研究工作得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、上海市教委科研創(chuàng)新重大項(xiàng)目、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人計(jì)劃項(xiàng)目、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃和中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202300219
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