金属磁记忆二维定量检测试验研究

论文摘要

磁记忆检测技术是一种利用铁磁性金属磁记忆效应来检测构件应力集中部位和应力集中程度的无损检测新方法。与常规的无损检测方法相比，它能够对铁磁性金属构件的应力集中区，即未成型的微观缺陷、早期失效和损伤等作出预先评估，从而防止突发性的疲劳破坏，是无损检测领域一种新的行之有效的检测手段。但因为磁记忆检测技术影响信号的因素很多，目前利用单一的磁记忆法向特征参量进行评估可靠性不高，容易出现漏检误判等不足。并且磁记忆检测在定量分析上没有取得突破性进展，达不到准确反映构件应力状况的目的。论文以磁性物理学、技术磁学等理论为基础，以试验研究和数值仿真等为手段展开工作。针对金属磁记忆切向信号难以提取的问题，提出采用矢量合成法提取金属磁记忆切向分量，并验证了其有效性；通过铁磁性金属构件30CrMnSiNi2A和20#钢拉伸试验对磁记忆切向分量信号与应力集中部位和应力集中程度的关系进行研究，并对磁记忆切向分量信号的K曲线进行分析。结果表明：采用矢量合成法能有效提取金属磁记忆切向信号；金属磁记忆切向分量信号能直观和准确的反映应力集中部位和应力集中程度。证明矢量合成法提取的金属磁记忆切向分量信号能有效判定应力集中区域和应力集中程度。使金属磁记忆法向和切向特征分量相互验证和弥补，改变以往利用单一法向分量作为特征参量的不足。利用自制的二维磁记忆测量系统提取铁磁性金属构件磁记忆法、切向信号，引入李萨如图的分析方法获取金属磁记忆二维检测曲线，研究分析了不同铁磁材料在不同载荷下的磁记忆法、切信号分布特征及李萨如图面积与构件应力集中程度的关系。结果表明：李萨如图面积在铁磁性金属构件承载超过屈服点后随应力的增加而增大。以40Cr钢试件为对象进行高周疲劳试验，研究铁磁性金属构件高周疲劳过程中应力集中和疲劳损伤与磁记忆法、切向分量的关系。结果表明：在构件疲劳损伤处，磁记忆法、切向信号梯度K曲线分别出现异变峰值(Kmax值)和过零点现象；构件疲劳过程中，磁记忆信号法、切向梯度Kmax值都随疲劳损伤程度的增大而逐渐增加，反映了构件疲劳损伤程度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究意义
• 1.2 金属磁记忆国内外研究现状
• 1.3 本课题研究的主要内容和意义
• 第2章 金属磁记忆检测理论基础
• 2.1 金属磁记忆检测的物理基础
• 2.1.1 物质的磁性
• 2.1.2 铁磁性物质的自发磁化
• 2.1.3 最小能量学说与磁畴
• 2.1.4 磁机械效应
• 2.2 与磁记忆检测有关的力学性质
• 2.2.1 应力集中
• 2.2.2 位错
• 2.3 交变应力与疲劳失效
• 2.3.1 交变应力
• 2.3.2 疲劳失效
• 2.4 力-磁效应的物理机理
• 2.5 磁记忆检测原理
• 2.6 本章小结
• 第3章 金属磁记忆二维检测原理
• 3.1 金属磁记忆分子场模型
• 3.2 矢量合成法
• 3.2.1 矢量合成法基本原理
• 3.2.2 矢量合成法有效性验证试验
• 3.3 磁记忆二维检测原理
• 3.3.1 磁记忆二维检测理论基础
• 3.3.2 基于磁偶极子模型的磁记忆二维检测原理
• 3.3.3 李萨如图阈值
• 3.4 二维磁记忆测量系统的研制
• 3.5 本章小结
• 第四章 磁记忆二维检测拉伸试验研究
• 4.1 试验材料及参数
• 4.2 拉伸试验设备与试验条件
• 4.3 试验步骤及方法
• 4.4 20#钢平板缺口试样拉伸试验
• 4.4.1 20#钢有限元仿真力磁分析
• 4.4.2 数据分析
• 4.4.3 试验小结
• 4.5 30CrMnSiNi2A平板缺口试样拉伸试验
• 4.5.1 数据分析
• 4.5.2 试验小结
• 4.6 结果讨论及分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 磁记忆二维检测高周疲劳试验研究
• 5.1 试验材料及参数
• 5.2 试验设备与试验条件
• 5.3 试验方法
• 5.4 疲劳断口形貌观察
• 5.5 试验数据分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文情况说明
• 致谢