疲劳裂纹扩展的金属磁记忆信号特征

通过对Q235B钢缺口试件的方波载荷拉-拉疲劳试验,在不同循环次数下利用磁记忆检测仪在线测量试件表面的磁记忆信号。结果表明:未经处理试样沿缺口处的磁记忆信号在疲劳初始阶段随机分布;循环加载5000次后,磁记忆信号曲线转变为具有一个波峰-波谷的曲线波形;在循环稳定阶段,磁记忆信号曲线趋于稳定;宏观裂纹出现时,磁记忆信号曲线波形发散;最后阶段,磁记忆信号逐渐增强;磁机械效应能较好地解释循环初始阶段磁记忆信号变化规律。     

循环应力对磁记忆效应影响的试验研究

为揭示循环应力对磁记忆效应影响的宏微观机制,基于拉-拉疲劳试验,采用TSC-2M-8应力集中磁检测仪研究了低碳钢缺口试件在不同循环周次下的磁记忆信号变化,提取了切向磁信号的多尺度模糊熵特征信息。基于粉纹法,采用自配的Fe_3O_4磁流体对试件表面固定区域进行了磁畴原位观察,得到不同疲劳周次下的磁畴形貌。研究结果表明:宏观磁信号将整个疲劳过程划分为早期的快速变化、中间阶段的趋于稳定、后期的迅速增大等三个阶段,利用多尺度模糊熵指标可以实现疲劳损伤的定量评价;试件在未受循环应力作用时表面的磁畴结构排列无序,加载后随疲劳循环的进行大部分磁畴形貌发生变化;试件表面漏磁场是循环应力引起内部磁畴结构变化的外在反映,二者具有一致性。     

金属磁记忆检测技术定量评估构件疲劳损伤研究

对18CrNi4A钢缺口试件在三级应力水平下进行疲劳试验和磁记忆信号检测,研究金属磁记忆信号在疲劳过程中的变化规律和磁记忆检测技术对构件疲劳损伤的定量估评.结果表明:在稳定循环阶段,磁信号随疲劳循环周次增加无显著改变,疲劳裂纹萌生后,磁信号逐渐增加,并在断裂后发生激变;磁信号特征参量Kmax,Hp(y)max,Hp(y)min和Hp(y)sub值与应力水平和疲劳损伤程度存在强烈的相关性,特征参量绝对值随应力水平或疲劳损伤程度的增加而逐渐增加;磁信号特征参量Kmax平均值法可较准确地定量评估构件疲劳损伤,该方法判据为:当m(m=Kmax/KAVmax)＞1,试件存在严重的疲劳损伤.     

应力诱发铁磁材料预制切口产生的二维弱磁场信号特征研究

为研究应力诱发切口部位产生的二维自发弱磁场信号特征,制作45CrNiMoVA特种钢板状切口试件,在MTS810型液压饲服实验机上施加轴向拉应力,采用EMS2003磁记忆仪和RM-1磁记忆仪采集不同应力水平下切口部位法向分量Hp(y)信号、水平分量Hp(x)信号,分析弹性变形阶段内二维弱磁信号特征及变化规律.结果表明:拉...     

2D-C/SiC缺口试样的拉-拉疲劳损伤

研究了二维正交编织C/SiC双边对称圆弧缺口试样室温和高温真空的拉拉疲劳行为,正弦波疲劳应力比R=0.1,频率60Hz,循环基数106次.循环到规定周次停机,测量试样的共振频率、电阻,并进行SEM观察.结果表明,2D-C/SiC复合材料缺口试样拉-拉疲劳的S-N曲线非常平坦,其疲劳极限是同温度下缺口试样拉伸强度的80%～90%,光滑试样和缺口试样的疲劳极限比值与理论应力集中系数基本相同.缺口试样在疲劳过程中,电阻表征损伤与模量表征损伤的规律基本一致.在疲劳试验初期阶段,缺口附近损伤发展很快,主要表现为产生大量与加载方向垂直的裂纹,随着疲劳次数的增加,损伤发展减缓,但损伤形式逐渐增多,缺口附近与加载方向垂直的裂纹数量明显多于平行加载方向的裂纹数.讨论了电阻表征损伤和模量表征损伤之间的关系.     

再制造抽油杆疲劳寿命评估的磁记忆检测实验研究

废旧零部件寿命评估一直是再制造工程的技术难点之一。通过对预制沟槽抽油杆试件的拉-拉疲劳实验,利用磁记忆检测仪在线测量试件表面在不同循环次数下的磁记忆信号,研究抽油杆疲劳损伤演化的切向幅值和法向峰峰值变化规律。通过引入李萨如图,表明随着循环的进行所围成的面积由变大到最大后又逐步减小,而非闭合图形面积达到最大时正好对应着宏观裂纹即将发生失稳扩展的临界状态。在此基础上,提出切向法向合成磁场梯度最大值作为预测疲劳寿命的指标,结果表明该特征参数与疲劳循环发展的不同阶段相对应,基于高斯函数拟合建立了其与归一化寿命之间的定量关系模型,可用于抽油杆的疲劳寿命预测。     

金属磁记忆技术检测低碳钢静载拉伸破坏的实验研究

为探索磁记忆现象的物理机制,在地磁场环境中,静载拉伸低碳钢板状试件.对应试件加载前、静载拉伸过程中不同的载荷水平以及断裂后等不同阶段,分别采用EMS-2003磁记忆诊断仪检测试样表面磁场强度垂直分量信号的变化.结果发现,加载前各试件初始磁状态对试件断裂后信号有影响.试件拉伸过程中塑性变形阶段内磁信号无较大数值变化,断裂后信号突变.拉伸过程中过零点漂移,最后集中在断口处.过零点对判定损伤破坏的铁磁构件危险区域具有一定意义.     

焊接残余应力磁记忆信号特征的研究

针对焊接残余应力与金属磁记忆信号存在一定联系的现象,设计了Q345R焊接试件.以X射线法检测应力值为参考,研究焊接试件横向和纵向残余应力与试件焊接残余磁信号的对应关系.结果表明,焊接试件残余压应力和试件纵向残余拉应力与试件的磁信号梯度值,在数值和变化趋势上均无明显相关性;磁信号梯度值能用于较大横向拉应力的定位,且梯度最大值点与横向残余应力的最大值点存在一定的对应关系.     

速率加载历史对铁磁性材料压磁磁场演变规律的影响

以往的研究已经证明加载速率会对铁磁性材料的力学行为和周围压磁磁场产生影响，为了进一步研究历史加载速率对后续压磁磁场演变规律的作用，对Q345工程结构钢进行了一系列循环拉伸试验，采用磁通仪对试件压磁磁场进行在线监测，研究试件在经历不同的历史加载速率后，其压磁磁场的演变规律。结果表明：加载速率历史是影响压磁磁场演变的重要因素之一。     

基于循环孔洞扩张模型的Q355钢超低周疲劳断裂数值模拟

基于微观断裂力学的循环孔洞扩张模型是进行钢材超低周疲劳断裂分析的有效手段。通过光滑圆棒循环加载试验,确定了Q355钢混合强化模型材料参数;进行了不同加载方式下Q355钢单边缺口试件的超低周疲劳试验,确定了试件的超低周疲劳寿命及其断裂发展过程;建立了单边缺口试件有限元模型,基于有限元分析结果,采用循环孔洞扩张模型对试件的超低周疲劳寿命进行了预测,并通过编写用户子程序,删除断裂单元以模拟试件的断裂扩展过程,对试件的超低周疲劳断裂全过程进行了数值模拟。数值模拟结果与试验结果基本吻合,验证了循环孔洞扩张模型对钢材超低周疲劳断裂全过程数值模拟的适用性。     

磁性材料在磁性纸中的应用

介绍了常用磁性材料及其制备方法,综述了细胞腔加填法和原位复合法制备磁性纤维和磁性纸的研究情况,进而对两种方法制备的磁性纸的印刷适应性进行分析。     

X80管线钢不同缺陷类型的磁记忆检测试验研究

为探究X80管线钢不同缺陷类型的力磁耦合特性,设计了平板试件与穿孔、边缘切槽3种不同试件,通过金属磁记忆检测方法对X80管线钢试件不同缺陷类型的磁记忆信号特征进行了试验研究.采用材料试验机对试件导入不同程度的塑性损伤与应力集中,通过光学应变测量系统获取试件表面的实时应变情况,同时采用磁记忆检测仪对试件表面诱发磁场的法向分量与切向分量进行卸载离线检测.结果表明:随着塑性损伤程度的增加,无缺陷试件的磁记忆信号法向分量与切向分量从平缓趋向波动,但未出现明显的峰值;含穿孔与切槽试件磁记忆信号法向分量在缺陷处出现过零点与反对称双峰,切向分量出现单峰值,并且渐趋明显.初步探究了X80管线钢塑性损伤与磁记忆信号之间的关联性,为油气管道塑性损伤程度的无损定量评价奠定了基础.     

焊缝两种典型缺陷的磁记忆特征对比

为了将金属磁记忆检测技术应用于焊缝不同典型缺陷的定性和定量评价上,对Q235钢未焊透和固体夹渣两种缺陷进行实验研究,通过比较0、150和230 kN不同载荷级别下的磁记忆信号检测结果,提取了焊缝未焊透和夹渣两种缺陷的不同磁记忆信号特征,结果表明,未焊透的磁记忆特征信号波宽D的变化更为突出,而固体夹渣的磁记忆特征信号梯度...     

铁磁性材料的力磁效应机理探讨与实验研究

基于sablik-jiles-atherton模型和材料的自发磁化规律,在理论上探讨了更为简洁的力磁关系模型,分析了铁磁性材料在外应力和地磁场作用下的漏磁测量机理,获得了试件表面漏磁场信号切向最大、法向过零的特点.结合试件的弹塑性分析,得到在出现应力集中的缺陷位置漏磁信号变化剧烈,即梯度突然变大.利用Q235A钢材为实例,测量了试件在不同应力状态下的漏磁信号,得出在弹性范围内漏磁信号随拉力增大而增大,实验结果与理论有较好的符合,该工作为深入探讨铁磁性材料的力磁关系奠定了一定的理论基础,为检测铁磁试件的潜在缺陷提供了实验依据.     

45冷轧钢在拉应力作用下的力-磁效应

在不同的最大拉应力作用下反复加载-卸载过程中,测量了45冷轧钢试件表面某确定点漏磁场随拉应力的变化关系。结果表明,当最大拉应力〈610MPa时,磁感应强度随应力的变化关系为线性关系;当最大拉应力处于610MPa与屈服点653MPa之间时,磁感应强度随应力的关系为折线关系,并且折线极值点的位置由较小应力处迅速移向较大应力位置。当最大拉应力大于屈服点时,磁感应强度的变化量保持恒定,折线极值点的位置也保持不变。从而证实了可以通过磁信号的特征对试件的安全性做出评估。     

Magnetic Force Microscopy in Liquids

In this work, the use of magnetic force microscopy (MFM) to acquire images of magnetic nanostructures in liquid environments is presented. Optimization of the MFM signal acquisition in liquid media is performed and it is applied to characterize the magnetic signal of magnetite nanoparticles. The ability for detecting magnetic nanostructures along with the well‐known capabilities of atomic force microscopy in liquids suggests potential applications in fields such as nanomedicine, nanobiotechnology, or nanocatalysis.     

EIT信号对CPT磁力仪弱磁测量性能的影响

针对现有磁力仪测量数百纳特斯拉弱磁场存在精度低和便携性差等问题,提出一种通过压窄CPT磁力仪EIT信号线宽来实现弱磁场测量的方法。该方法是根据EIT信号磁场测量仿真模型,采用相敏检波二阶微分信号获得磁力仪灵敏度系数,并根据最佳灵敏度系数分析得出EIT信号分离条件及其线宽对弱磁场测量性能的影响。仿真和试验结果表明:具有窄EIT信号线宽的CPT磁力仪,可实现100 nT磁感应强度值测量。最后,对EIT信号线宽压窄后的CPT磁力仪进行线性度和噪声测试,测试结果表明:在待测磁感应强度100~500 nT范围内,磁力仪测量的最大非线性误差为0.9537 nT;在100 nT背景磁场环境下,磁力仪输出噪声为20.26 pT/Hz^1/2@1 Hz。     

Magnetoactive elastomeric composites: Cure, tensile, electrical and magnetic properties

Magnetically active elastomer materials were prepared by incorporating nickel powder in synthetic elastomeric matrices, polychloroprene and nitrile rubber. Cure characteristics, mechanical, electrical and magnetic properties were experimentally determined for different volume fractions of magnetoactive filler. The cure time decreases sharply for initial filler loading and the decrease is marginal for additional loading of filler. The tensile strength and modulus at 100% strain was found to increase with increase in the volume fraction of nickel due to reinforcement action. The magnetic impedance and a.c. conductivity are found to increase with increase in volume fraction of nickel as well as frequency.     

不同应力集中系数下磁记忆信号影响因素研究

以45CrNiMoVA钢为实验材料,加工不同应力集中系数的试件进行拉拉疲劳实验,采用磁记忆检测仪检测不同载荷及疲劳周次时试件不同位置的磁记忆信号.结果表明:载荷及疲劳周次的增加,均会使磁曲线顺时针转动,且载荷的影响明显强于疲劳周次;不同位置磁记忆信号特征不同.出现疲劳裂纹后,在一定范围内异变峰峰值显著增大.     

45冷轧钢拉应力作用的力-磁效应研究

在不同的最大拉应力作用下，反复加载．卸载，测量了45冷轧钢试件在加载和卸载过程中试件表面某确定点漏磁场随拉应力的对应关系。试验结果表明，当最大拉应力＜610MPa时，磁感应强度随应力的变化关系为线性关系。当最大拉应力处于610MPa与屈服点653MPa之间时，磁感应强度随应力的关系由直线关系变为折线关系，并且折线极值点的位置由较小应力处迅速变为较大应力处位置。在极值点位置向高应力方向移动过程中，磁感应强度的变化量迅速增大。当最大拉应力大于屈服点时，磁感应强度的变化量保持较大的状态，折线极值点的位置基本保持不变。得到了试件在拉应力作用下的磁化关系，同时证实了可以通过磁信号的大小对试件的安全性做出评估。