铁磁材料磁记忆应力检测技术力—磁关系机理研究

论文摘要

磁记忆检测技术是基于压磁效应的一种全新的无损检测技术。此项技术自问世以来就受到了广泛的关注。研究铁磁材料磁记忆应力检测力-磁关系机理对完善磁记忆检测技术,建立统一有效的检测标准,提高检测效率有着重要的理论和实际意义。本文从理论和实验两方面入手,较为系统的分析了磁记忆应力检测技术的力-磁关系机理。首先,本文从微磁化理论出发,采用Lagrange乘数法推导出单晶铁磁体中的应力-磁化矢量关系的描述方程,进一步推导出单晶铁磁体内的应力-磁化率变化量关系表达式,并以条形单晶铁磁体为例,采用8节点等参元法编写有限元计算程序,计算出不同情况下的应力与磁化矢量间的偏转关系,绘制出单晶铁磁体内应力-磁化率关系曲线。在此基础上采用体积平均法将单晶铁磁体内得出的结论推广到一般的铁磁构件中。其次,参考国内外的相关文献资料,根据变压器原理设计出应力-磁化率检测装置,测量了磁化率变化量与加载应力间的关系曲线以及在施加应力与测量方向成不同夹角情况下的力-磁关系曲线。最后,从弹性、磁性基本理论出发,采用最小能量原理,推导出了一般铁磁构件中的力-磁本构方程,并进一步推导出铁磁构件内的应力-张量磁化率表达式,提出张量磁化率Mohr圆和主磁化率概念,给出主磁化率和主磁化率方向角的相关表达式,并将理论结果和实验测量结果进行比较。研究结果表明理论值与实验值符合的很好。以上工作为探求磁测机理提供了一些可供参考的理论,为改善磁记忆检测手段提供了一种潜在的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 无损检测技术概论
• 1.1.2 磁记忆无损检测技术的优点
• 1.2 磁记忆检测技术研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题的意义和研究内容
• 1.3.1 课题意义
• 1.3.2 课题内容
• 1.4 论文内容安排
• 第2章 铁磁性理论简介
• 2.1 引言
• 2.2 宏观物质的磁性
• 2.2.1 磁学的基本量及单位制
• 2.2.2 磁性物质的分类
• 2.2.3 磁化曲线
• 2.3 铁磁介质中的磁场
• 2.4 铁磁体内的相互作用能
• 2.4.1 交换作用能
• 2.4.2 外磁场能
• 2.4.3 退磁场能
• 2.4.4 各向异性能
• 2.4.5 磁性与弹性能的相互作用能
• 2.5 本章小结
• 第3章 力-磁特性的LAGRANGE 乘数法
• 3.1 引言
• 3.2 基本方程
• 3.2.1 应力-磁化矢量描述方程
• 3.2.2 方程的小参数法
• 3.3 应力引起的磁化矢量偏转
• 3.3.1 计算模型
• 3.3.2 应力平行于外磁场
• 3.3.3 应力垂直外磁场
• 3.4 应力-磁化率关系
• 3.4.1 描述关系
• 3.4.2 单向应力下的应力-磁化率关系曲线
• 3.5 单晶结论向一般铁磁构件中的推广
• 3.5.1 体积平均法
• 3.5.2 力-磁本构关系
• 3.5.3 铁磁多晶体中的力-磁关系方程
• 3.5.4 算例与分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 力-磁关系实验
• 4.1 引言
• 4.2 实验设计
• 4.2.1 检测装置设计
• 4.2.2 检测电路设计
• 4.3 测量结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 铁磁构件的力-磁本构方程与张量磁化率
• 5.1 引言
• 5.2 基本方程
• 5.2.1 铁磁构件中的自由能
• 5.2.2 本构方程与张量磁化率
• 5.3 平面磁化率MOHR 圆
• 5.3.1 平面磁化率Mohr 圆
• 5.3.2 实验验证
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介