近日，上海交通大学机械与动力工程学院张文明教授团队在Advanced Science上发表题为“Dynamically Rotating Magnetic Levitation to Characterize the Spatial Density Heterogeneity of Materials”的研究论文，提出了动态抗磁悬浮缺陷检测的新方法，首次利用物体的非线性悬浮特征实现了材料内部的异质性表征，为推动抗磁悬浮检测方法走向无损缺陷检测实际应用提供了新思路。机械与动力工程学院博士后高秋华为论文第一作者，张文明教授为通讯作者。
图1 动态抗磁悬浮检测非均质材料异质性表征原理
基于抗磁悬浮原理的无损检测技术，具有无需标记、响应速度快、环境适应性强等优点，适用于形貌不规则的固体、有机液滴及柔性易破损的软材料，为非均质材料的检测与表征提供了一种新的技术途径，成为非接触精密检测领域的国际前沿热点。随着高性能检测需求的日益凸显，基于磁力-重力静平衡原理的抗磁悬浮检测方法，在检测性能及不均匀度表征方面存在局限，严重限制了抗磁悬浮检测技术的进一步发展与应用。针对上述问题，研究团队从动态检测机理出发，提出了动态抗磁悬浮检测方法，利用物体的非线性悬浮特征实现了材料内部的异质性表征。
图2 具有局部缺陷悬浮物体的悬浮稳态特征
动态抗磁悬浮检测方法的出发点是通过设计可调控的动态离心力来放大悬浮物内部的密度差异。理论与实验研究揭示了可调离心力、非线性磁力与内部密度异质性对物体悬浮稳态的影响规律。非线性磁力与可调离心力的设计实现了悬浮物体稳定平衡态的调节，悬浮稳态特征可用于辨识物体内密度异质性差异，如均质与具有密度梯度的材料分别呈现不同方向的单稳态悬浮定向，而具有局部缺陷的材料具有双稳态或双稳态-单稳态悬浮定向特性。利用物体的非线性悬浮特征表征内部密度异质性，为推动抗磁悬浮方法走向材料非接触、无标记、无损检测实际应用提供了新思路。
研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、上海市教委科研创新重大项目、上海市优秀学术带头人计划项目、博士后创新人才支持计划和中国博士后科学基金项目的资助。
