基于OPWP算法力磁耦合磁记忆信号特征研究

铁磁材料的塑性变形是严重影响其使用安全的隐患,对其有效检测可以预防破坏事故的发生。磁记忆检测技术可以实现对应力集中引起的材料塑性变形的检测。本文基于密度泛函理论建立铁磁晶体磁记忆检测模型,采用正交化平面波赝势法(OPWP)计算了体心立方晶体结构的铁在塑性变形后力磁耦合磁记忆检测信号的变化特征。结果表明:铁磁材料在塑性变形后晶格结构及能带分布发生改变,仍表现一定的铁磁性但磁性减弱。在受力过程中,晶体内部电子间交换关联作用过程改变,进而导致晶体能带向低能带底移动,轨道电子分布局域性增强,力磁耦合程度减弱。自旋向上和自旋向下的电子态密度分布改变,原子磁矩减小。宏观表现为:磁记忆信号强度下降,磁场变化率与未塑性变形铁相比减小,实验曲线斜率降低,材料整体磁特性减弱。     

X70管线钢金属磁记忆信号特征研究

针对铁磁构件表面磁记忆信号法向分量在裂纹或应力集中处存在过零点现象,很多学者对此有争议,通过线切割模拟裂纹,在拉伸试验机上拉伸管道构件,并分析管道构件表面漏磁信号法向分量,发现在裂纹处法向分量确实存在过零点现象,但是过零点随着拉伸栽荷的变化发生漂移,当载荷增加到一定程度过零点不再漂移.结果表明,不能单纯以法向分量过零点判断裂纹或应力集中处.     

基于NCPP平面波算法磁记忆信号特征研究

磁记忆检测技术能够对铁磁性金属构件的应力集中区和微观裂纹进行有效的检测。但是,由于缺乏科学的理论解释和系统的实验研究,磁记忆信号特征和磁力学定量变化关系至今没有定论,严重影响了该项技术的发展。本文利用固体电子理论,采用模守恒赝势(NCPP)算法建立了全电子势磁力学模型,计算了固体屈服时,原子磁矩、晶格结构及磁记忆信号的变化特征。计算结果表明:固体的原子磁矩、晶格常数和漏磁信号强度与应力成线性变化趋势,当应力集中程度达到固体的屈服强度时,晶格结构发生畸变,磁记忆信号会产生突变。本文的实验结果与理论计算结果具有很好的一致性。     

铁磁性构件典型缺陷磁记忆信号特征研究

采用磁记忆技术研究了石化企业铁磁性构件典型缺陷（如裂纹、未焊透、错边、气孔、偏析等）的灵敏度和信号特征。结果表明：该技术在检测上述缺陷时有较高的灵敏度,磁信号特征与检测方向和缺陷主平面间相对夹角有关。当两者垂直时,法向磁场强度Hp （y）在缺陷正上方有过零点;当两者平行时,对称置于缺陷主平面两侧的通道的Hp （y）极性相反,且变化趋势相对。但不管夹角如何,磁记忆信号均在裂纹部位出现突变,不易引起漏检。在偏析严重区域,磁记忆信号沿检测位移出现波峰或波谷变化,这为检测铁磁性材料偏析严重部位提供了一种新的检测手段。     

基于OLCAO算法金属塑性变形磁记忆信号特征研究

塑性变形是金属材料在应力作用下产生损伤的早期阶段,对其的有效检测可预判危害的发生,实现设备破坏前的预警。针对金属磁记忆检测技术,利用量子力学密度泛函理论建立铁磁材料力磁耦合计算模型,采用原子轨道正交化线性组合法（Orthogonalized linear combination atomic orbitals,OLCAO）计算铁磁晶体在应力作用下的磁特性变化及磁记忆信号特征。结果表明：应力作用引起晶体内部电子运动状态及其分布特征改变,导致体系能带结构和电子态密度分布发生变化,材料的磁特性发生改变,定量表现为原子磁矩随应力的增加而变化。拉应力导致原子磁矩线性减小,压应力导致原子磁矩线性增大。当金属发生塑性变形时,体系的磁矩均发生突变,应力磁矩关系曲线出现拐点,变化速度变慢,表现为磁记忆信号的特殊变化特征。通过铁磁材料的拉伸及压缩试验,验证了理论计算结果的正确性。     

磁记忆检测技术在锅炉接管角焊缝检测中的应用

应用磁记忆检测技术对锅炉接管角焊缝进行检测,通过对锅炉接管各焊缝磁场强度大小及图形分布情况的总结、分析,找出应力集中问题比较严重的焊缝,而后将磁记忆检测结果与常规无损检测结果进行比较,并采用ANSYS有限元分析软件对接管进行受力模拟分析,验证了磁记忆检测结果的可靠性。     

焊接裂纹金属磁记忆信号特征研究的进展

反映焊接裂纹的金属磁记忆信号特征包括信号过零点位置、小波分析能量极大值点位置、傅立叶分析相位突变位置、区域信号的最大值与最小值差值、信号在检测方向上的梯度、信号在检测方向垂直方向上的梯度。以上6个信号特征通过金属磁记忆信号特征判断焊接裂纹的方法。可以描述焊接裂纹时的作用以及相互之间的关系。研究表明:过零点特征和小波分析极大值点位置特征是不可靠的,用其他4个特征来判断焊接裂纹得到的结论很可靠。未来需要建立用这4个特征来判断焊接裂纹的系统。     

压力气瓶焊缝的磁记忆检测研究

金属焊接引起的残余应力分布的不均匀程度是影响设备寿命的重要因素。采用磁记忆无损检测方法可以检测出应力集中区。对乙炔气瓶的环向焊缝进行了磁记忆方法检测,并通过预制缺陷的管件焊接试验,说明磁记忆方法对于检测焊接的结构组织不均匀和焊接缺陷均有效。     

金属疲劳过程磁记忆信号多特征量提取研究

为明确铁磁构件疲劳过程磁记忆信号的变化规律,实现疲劳损伤的量化评估,选取带中心圆孔的Q235钢试件进行轴向拉伸疲劳试验,通过三维运动平台实现磁记忆信号的稳定连续采集,以小波变换为信号多尺度分析工具,对磁记忆信号进行降噪,并采用小波包进行磁记忆信号分解与重构,提取信号的小波包能量、奇异性指数作为特征量,得到了不同频带上相对能量分布和奇异性指数的变化规律,并将能量、奇异性指数与信号梯度峰值相结合,共同构成评估疲劳损伤的多特征量。试验结果表明:试件疲劳损伤过程中能量、奇异性指数和梯度峰值变化显著,随着循环次数的增加,低频段能量不断增加,高频段能量占总能量比例不断降低,总能量分布向低频段偏移,同时奇异性指数不断减小,而各阶段梯度峰值逐渐增加。通过能量、奇异性指数和梯度峰值的多特征量的研究可以弥补单一特征量存在的不足,研究结果可为金属构件疲劳损伤程度的评估提供技术支撑。     

基于FLAPW算法屈服极限磁记忆信号特征的研究

磁记忆法可以有效判断铁磁性金属构件的应力集中区域。但是,目前铁磁性构件屈服极限处的磁记忆信号特征尚不明确,因此难以根据磁记忆信号对构件的使用寿命进行有效评估。根据电子自旋理论和洪德法则,建立了磁力学模型,分析了材料电子壳层的电荷密度、原子磁矩与磁记忆信号的关系,基于全势线性缀加平面波法(FLAPW),计算了铁磁性金属构件屈服极限前后系统能量、原子磁矩、电子自旋分布以及电荷密度的变化规律,分析了屈服极限前后的磁记忆信号特征。研究结果表明:铁磁性构件在屈服极限前,随着应力增加,电荷密度和原子磁矩减小,磁记忆信号与应力呈线性变化关系,具有很好的重复性;在屈服极限后,由于铁磁性金属构件的加工硬化能力减小,随着应力继续增加,电荷密度与原子磁矩增加,磁记忆信号出现反转特性。     

基于模糊加权马尔科夫链的焊缝隐性损伤磁记忆特征参数定量预测

针对磁记忆技术在焊缝隐性损伤状态定量评价与预测中的难题,建立基于无偏灰色模糊加权马尔科夫链的焊缝隐性损伤状态磁记忆特征参数定量预测模型。以Q235焊接试件为试验材料,拾取焊缝纵向和横向磁记忆信号分布,与同步X射线检测结果进行对比得出:在宏观损伤时满足传统的磁记忆检测判据,即切向分量Hp(x)具有极大值,法向分量Hp(y)过零值;而在隐性损伤时并没有出现传统判据特征,说明Hp(x)与Hp(y)并不能准确地判断隐性损伤状态和程度。为此引入正交矢量合成梯度比Kr,可以较为敏感地反映隐性损伤状态,但敏感性同时带来局部振荡波动性,造成对隐性损伤后续发展状态的磁记忆定量预测困难。因此,在无偏灰色预测理论和马尔科夫链的基础上,结合模糊隶属函数建立模糊加权马尔科夫链磁记忆定量预测模型,验证结果表明:无偏灰色理论结合模糊加权马尔科夫链后的定量预测模型,其最大相对误差从38.492 5%降到5.046 4%,为实际工程中焊缝隐性损伤未来发展状态的定量预测与维修策略选择提供了新的思路。     

基于模糊c均值聚类算法的焊缝缺陷等级磁记忆定量识别

针对磁记忆检测技术在焊缝缺陷等级定量识别中模糊性和分散性的难题,提出以模糊c均值聚类算法为理论基础的焊缝缺陷等级磁记忆定量识别模型。以Q235焊接试件为试验材料,进行疲劳拉伸试验。对比X射线检测定量标准,确定磁记忆焊缝缺陷量化等级,提取不同等级的磁记忆信号征参数向量,通过训练样本的学习选取最优模糊加权指数m,建立了基于模糊c均值聚类算法的焊缝缺陷等级磁记忆定量识别模型。模型验证结果表明,预测损伤等级的准确率达到了90%,为实际工程中准确区分焊缝缺陷等级提供理论依据和新的思路。     

基于双正交法的焊缝早期隐性损伤临界状态磁记忆特征

针对焊缝早期隐性损伤临界状态磁记忆特征提取及评价难题,在大量试验基础上提出双正交法:即焊缝检测路径的正交性和磁场矢量分析的正交性。以Q235B焊接试件为试验材料,通过测量焊缝纵向和横向磁记忆信号分布,引入磁场正交矢量空间图和李萨如图,研究疲劳载荷下焊缝隐性损伤演化的磁记忆表征规律,对比扫描电镜和X射线检测结果,获得焊缝早期隐性损伤临界状态磁记忆特征:隐性损伤出现时李萨如图会产生涡动性的局部闭合,随着损伤的扩展涡动性局部闭合的面积越来越大直至断裂时完全闭合。在此基础上提出正交矢量梯度积分S(K)和正交矢量合成梯度比Kr的概念,建立Kr与剩余寿命Nr定量关系模型,为焊缝早期隐性损伤临界状态的定量研究提供一种新的思路。     

压力容器封头处磁记忆信号特征分析

采用金属磁记忆检测方法对CNG储气瓶和乙炔气瓶的封头及筒体处进行检测,发现对应应力集中状态的磁信号有异常变化。用有限元分析软件Ansys对两种不同形式的封头及其与筒体的连接部位进行应力仿真分析。考察了磁信号的变化特征与有限元分析应力间的关系,为磁记忆的定量研究提出一个有效的方法。     

基于LAPW算法磁记忆信号相变特性的研究

当应力达到临界屈服点时,铁磁性金属构件将产生塑性形变,造成重大的安全隐患。金属磁记忆检测技术可以快速、有效地检测出应力集中区域,但是,目前尚无有效的方法对临界屈服点处的磁记忆信号特征进行定量化分析。采用基于密度泛函理论的线性缀加平面波法(LAPW),建立了磁力学耦合模型,分析了临界屈服点的磁记忆信号特征,计算了弹性形变和塑性形变范围内,体系的差分电荷密度、原子磁矩、晶格结构随应力的变化关系。研究结果表明:随着应力的增加,固体中原子之间的结合力逐渐减弱,晶格结构的稳定性变差;当应力达到临界屈服点时,固体发生相变,磁记忆信号产生突变,磁记忆效应减弱。理论计算结果与实验结果具有很好的一致性。     

承压管道磁记忆检测缺陷信号量化数值研究

利用Ansys数值模拟软件,对含埋藏缺陷的承压管道进行磁记忆检测有限元模拟,分析磁记忆信号值在不同缺陷参数、不同应力状态下的变化规律.结果表明,磁记忆信号可以对管道埋藏型裂纹及气孔产生的应力集中进行表征,随着缺陷埋深的减小与内压载荷的增加,磁记忆信号变化幅度增大,法向梯度极值增加.通过法向和切向信号协同分析,可以实现对...     

倾斜状态下电子磁罗盘的测角补偿算法研究

对电子磁罗盘的工作原理进行了分析,研究了磁罗盘的倾角测量误差对航向角测量精度的影响。构建了双轴加速度传感器测量倾角的物理模型,建立了相应的数学模型,完成了对倾角测量误差的补偿。验证性试验结果表明:采用倾角补偿算法的电子磁罗盘可有效提高航向角的测量精度。     

不同试样方位对摩擦磁记忆信号形成与检测的影响

采用40Cr Mo块试样与316 L销试样组成销-块摩擦副,在地磁场环境下进行摩擦磁记忆试验,研究不同检测方位对摩擦磁记忆信号检测结果的影响,以及不同摩擦方位对摩擦磁记忆信号形成过程的影响。试验结果表明:摩擦磁记忆信号切向分量能够准确地表征磨痕的位置与长度;不同检测方位对摩擦磁记忆信号的检测结果产生影响,该影响与检测方位下的地磁场强度有关,地磁场强度越大,对试样磨痕的磁化能力越强,摩擦磁记忆信号值与地磁场强度的差值越大;保持检测方位不变,不同摩擦方位对摩擦磁记忆形成过程基本没有影响。     

静载拉伸下磁记忆信号变化特征分析

通过对带中心圆孔缺陷的20#钢平板试件做静拉伸试验,研究在不同载荷作用下,铁磁材料的表面磁场强度垂直分量的变化.试验研究表明:磁场强度垂直分量过零点不能完全表征应力集中位置,磁场强度梯度的变化与应力集中程度有关,随着载荷的增加,沿试件轴线方向磁场强度发现一定规律的变化,且集中系数m=Kmax/Kau≥2.6,试件处于危险状态.     

裂纹失稳扩展临界状态的磁记忆特征研究

针对实际工程中裂纹失稳扩展临界特征提取的难题,从一个新的角度引入金属磁记忆技术,通过Q345钢标准三点弯曲试验,获取裂纹稳态扩展到失稳扩展整个演化过程的磁记忆信号变化规律,提取裂纹临界失稳扩展时的磁记忆特征。结果表明,当裂纹处于失稳扩展的临界状态时,磁记忆信号梯度值发生显著跳跃上扬,最大值是稳态扩展的2倍以上,失稳特征显著,磁记忆正交矢量合成梯度G_(vs)的临界特征,真实反映了裂纹临界失稳扩展时应力强度因子K的临界特征。首次建立了磁记忆特征参数G_(vs)与裂纹尖端应力强度因子K之间的数学模型,验证试验结果表明误差为7.9%,为实际工程中利用磁记忆参数特征判定裂纹失稳扩展临界状态提供一种新的思路。