钢板应力集中区域弱磁检测的仿真与实验

在弱磁环境下对钢板的应力集中区域检测进行了仿真和实验研究。根据弱磁场环境下磁检测金属材料应力集中区域方法,研究金属材料应力变化对磁信号的影响,通过有限元分析的方法对钢板在磁场环境下进行ANSYS的仿真运算,研究钢板表面漏磁场磁力线变化情况。以钢条为实验对象,通过实验来检测铁磁材料表面应力集中区域磁信号的变化情况,验证应力集中的存在引起磁信号的变化。结果表明,弱磁检测方法可以检测出金属材料应力集中区域的应力变化,作为铁磁材料应力集中区域的检测手段。     

典型铁磁构件磁记忆效应的试验研究

研究了静拉伸试验时铁磁构件的金属磁记忆效应。以Q235钢为研究对象,于不同加载阶段对试件的表面漏磁场进行了实时测量。结果表明,应力集中对构件的磁特性有显著影响,在应力引起的小范围塑性变形区域存在有效的磁记忆信号,采用磁记忆方法对承载铁磁构件由应力集中造成的早期损伤进行检测是可行的。     

地磁场中铁磁构件应力集中区的力磁耦合模型

为了更有效地表征铁磁材料中应力集中区与其在空间中的磁场关系,基于力与磁畴非线性关系,从宏观热力学关系出发,结合应力影响磁致伸缩应变饱和值的微观物理机制及其变化规律,建立了磁场强度与应力的唯象关系。并将应力集中区等效为磁耦极子,结合电磁场理论与上述唯象关系,建立了反映应力-磁场的耦合模型。在该模型基础上,建立了石油管道缺陷磁记忆检测试验系统。在50m长的石油管道上制作了焊缝裂纹等缺陷。采用磁检测仪对焊缝缺陷的磁特征信号进行了检测。结果发现,随着测试路径的不同,磁信号发生规律性变化,与所建模型预测吻合,证明了模型的可靠性。所建模型可以用于分析缺陷在空间产生的磁场分布、缺陷大小、缺陷深度以及缺陷的分布,为磁检测仪的研制以及定量分析缺陷磁信号打下了基础。     

铁磁材料制造工艺对金属磁记忆信号的影响

在采用金属磁记忆信号对铁磁材料进行损伤评价时,为排除制造工艺引入的冗余干扰信号,本研究针对两种铁磁性特种钢,采用EMS2003型金属磁记忆仪检测了锻造、铣削、磨削加工及热处理工艺后试件表面磁记忆信号的变化,并比较了交流电退磁与热处理退磁不同的退磁效果.结果显示:各机加工工序将引入不同形式的外载荷,导致磁记忆信号呈无规律杂乱分布,磨削工序引入外加激励磁场,产生强烈的干扰信号.经过交流电退磁后,试件表面依然存在残余磁场,而采用超过铁磁材料居里点的高温热处理退磁可以获得纯净的磁记忆信号.这一结果可以为利用磁记忆信号对铁磁材料进行损伤评价提供基础实验依据.     

45~#钢静载拉伸下磁记忆二维信号分析

为研究受载铁磁材料应力集中部位的磁记忆信号特征,利用自主开发的磁记忆二维检测系统对含有中心圆孔的45~#钢平板试样进行静载拉伸试验。结果表明:试样表面缺口附近磁记忆信号特征非常显著,切向分量磁信号与应力间的相关性更好;李萨如图形封闭区域大小随拉应力的增大呈非线性变化,可考虑用非线性拟合曲线定量评价应力集中状态。     

非常规情况下金属磁记忆检测方法的研究

介绍了铁磁构件自身通入稳恒电流，外部存在稳恒干扰磁场以及当铁磁构件被交流磁化这三种非常规情况对铁磁构件金属磁记忆检测的影响。实验发现，1A以下稳恒电流的存在对于管道的金属磁记忆检测几乎没有影响，稳恒外磁场的存在对金属磁记忆检测影响是很大的，可能造成金属磁记忆信号整体的改变，而交流磁化则会完全破坏构件的自有漏磁场信息。     

金属磁记忆累积机理

金属磁记忆检测可以实现铁磁试件的早期诊断和应力评估,由于缺乏公认的解释机理和定量的手段,该技术尚未得到公认。通过对铁磁试件(Q235)进行循环加载,将金属磁记忆技术与巴克豪森法结合起来,进一步探讨金属磁记忆的产生和累积机理。研究表明,实际检测中,金属磁记忆信号波形不对称且峰值较大的一侧往往组织分布相对不均匀,循环加载后峰值变化更为明显。循环加载后磁场的分布变化,为研究和建立金属磁记忆信号与应力集中区的关系提供了依据。     

缺陷微磁结点内磁化方向及其特性研究

由于缺陷对铁磁材料内部磁畴壁的钉扎,使得在缺陷附近出现不依赖于外部磁场变化的微磁固定结点。本文通过能量最小原理分析其内部能量的变化,从而取得微磁固定结点内磁化场的分布,根据其分布特征可以进行缺陷检测和识别,为实现缺陷微磁检测提供了磁学理论基础。     

基于有限元分析的磁记忆关联模型试验

利用万能试验压力机进行拉伸试验,使用应变检测仪与磁记忆检测仪检测拉伸试件应力及磁记忆信号;基于拉伸试件的ANSYS有限元分析结果,分析了磁场强度Hp信号过零点与磁场梯度特征值,判断应力集中情况,确定了Q245R钢等六种材料拉伸试件应力集中磁场梯度预警值;综合应变检测、仿真模拟结果与磁场梯度预警值,建立了六种材料磁记忆检测的应力磁场梯度关联模型。     

焊接裂纹金属磁记忆信号的神经网络识别

金属磁记忆检测技术是一种新型的利用铁磁材料内在信息对材料进行检测和评价的无损检测方法,对裂纹类缺陷进行早期检测具有潜在的优势.利用小波包分析技术,对水压试验条件下API 5L X70管线钢焊缝中有无焊接裂纹的金属磁记忆信号能量特征进行了分析,确定了焊接裂纹金属磁记忆信号的小波包能量特征,并利用其作为输入特征向量建立了BP(back propagation)神经网络,对焊缝中是否含有裂纹等缺陷进行智能识别.结果表明,利用小波包能量和神经网络技术可以较好的实现焊接裂纹的识别.     

结构不连续处应力与磁记忆检测信号的量化关系

磁记忆检测技术被广泛用来定性识别铁磁性构件中的应力集中区,但由于受结构不连续处漏磁场的影响,磁记忆检测信号与应力的定量关系仍需研究。通过制作结构不连续铁磁性材料试样,对其施加不同程度的弹性应力,再对不同应力作用后试样的剩磁场进行了检测,比对了应力和磁记忆检测信号特征参数的定量关系,明确了应力对磁记忆检测信号的量化作用。     

金属磁记忆技术用于去应力退火评估的可行性研究

本文基于磁致伸缩效应的新型金属磁记忆无损检测技术,利用金属磁记忆信号与应力大小严格的对应关系,对金属磁记忆检测技术用于去应力退火进行评估,进行可行性研究.通过研究分析发现,金属磁记忆信号与45钢的去应力退火程度有一致的单调性,通过检测金属磁记忆信号磁场的强度,可实现对去应力退火工艺的评估.     

环境磁场对磁记忆信号的影响

金属磁记忆检测技术是一种可早期准确判断构件的应力集中位置和评估疲劳损伤程度的无损检测技术新方法,而磁记忆信号的存在离不开环境磁场。为探讨环境磁场对磁记忆信号的具体影响,在不同环境磁场下,对45钢进行静载拉伸试验,测量在相同环境磁场下不同应力作用下的磁记忆信号。试验结果表明:环境磁场不能改变磁记忆信号曲线的形状,但可以改变磁记忆信号值的大小;在一定的磁场范围内,磁记忆信号值随环境磁场的增加而增加,但当环境磁场超过某一临界值时,磁记忆信号值反而随环境磁场的增加而减少;若环境磁场为零或完全被抵消,应力则不能产生磁记忆信号。故在磁记忆检测实践中,特别是在定量检测应用中必须考虑环境磁场的影响。     

应力和晶粒组织对磁畴动态特性的影响

近年新兴的磁光成像技术,特别是磁畴动态特性可视化技术,为评估铁磁材料的应力状态提供了一种新的磁检测方法。为研究应力和晶粒组织/晶界对磁畴动态特性的影响,通过磁光成像装置,观测取向硅钢片在施加不同的应力和外加磁场时表面磁畴结构的变化。结果表明:应力作用下,附加磁畴数量减少,从点状附加磁畴转变为长条状主磁畴,且应力增加会使主磁畴平均宽度减小,主磁畴完全翻转所需要的磁场减小;外加磁场作用下,可使磁畴向磁场方向转动,磁场强度的增加,使与外加磁场同向的磁畴面积增加。同时,晶粒组织结构和内部的各向异性,以及晶界处的能量和钉扎作用,都会影响磁畴结构和磁畴壁的运动状态。研究结果有助于理清铁磁构件的磁弹耦合效应和磁检测技术的微观物理机制,为提高应力评估的灵敏度和可靠性提供重要的科学依据。     

低碳钢焊缝力学性能评价的磁记忆检测试验研究

为快速准确检测钢材焊缝质量的力学性能,研究了磁记忆检测技术在低碳钢焊缝质量检测的应用。采用不同的焊接电流对Q235B钢进行对接焊接,采用射线检测技术进行了焊缝质量检测。对不同焊接电流下的试件进行拉伸试验,对不同应力卸载后的焊件进行了磁记忆信号测量,研究了焊件磁记忆信号变化规律与其力学性能的关系。结果表明,不同焊接电流下焊件具有不同的力学性能和磁记忆信号特征。焊件的屈服强度和抗拉强度最大时,不同应力作用下磁性特征参量ΔB_(max)的平均值即磁特征值D最大,平均磁场梯度K_(avg)最小。采用磁特征值D和平均磁场梯度K_(avg),可以有效判定低碳钢焊缝的力学性能。     

钢棒静载荷拉伸试验的磁记忆研究

在铁磁性材料的结构构件中，残余应力和工作应力是重要的参数，为了判定在役铁磁性材料构件的实际受力情况，验证设计计算结果的正确性及可靠度，对结构构件尤其是一些重要的结构构件实施应力检测就显得极为重要。通过磁记忆检测方法检测钢棒拉伸前后、拉伸卸下前后和拉伸过程中的磁记忆分布变化，对产生的磁记忆现象的特点进行了分析，分析了应力集中情况的变化趋势，以及对磁记忆信号检测的影响因素，为工件磁记忆信号的正确评价提供依据。     

应力对漏磁信号的影响

根据最新力磁理论，使用微型霍尔探头对R3碳钢进行漏磁检测。分析了在弱磁场和强磁场下施加应力后材料的漏磁信号变化。指出残余应力作用下中碳钢的漏磁信号会发生剧烈变化以及应力和漏磁信号之间的联系。预言了对应力集中进行漏磁检测的可行性。     

金属磁记忆信号屈服点特征

为了研究铁磁性物质在屈服点前后的临界应力及金属磁记忆信号特性,基于密度泛函理论,从固体能带理论出发,建立了磁力学耦合模型,计算了应力作用下铁磁晶体的晶格结构、差分电荷密度等的变化情况,并在不同压力下设计了钢管打压试验。结果表明:随着应力的增加,晶体中原子结合力逐渐下降,晶格稳定性受到影响;当应力集中达到一定程度时,原子磁矩突然发生变化导致晶体内部发生相变,磁记忆信号产生突变。从试验的角度分析了屈服前后磁记忆信号的差异,证明了利用第一性原理方法研究铁磁材料磁力学关系的可行性。     

关于磁记忆检测机理的分析与讨论

从铁磁性材料的基本特性出发,利用热力学准则和磁致伸缩方程,研究了金属磁记忆检测技术的原理和激发磁记忆的条件,分析了漏磁场的形成原因及其分布规律,讨论了应力、极化场和材料性能对磁记忆现象的不同影响,解释了地磁场的作用和漏磁场垂直分量过零点的物理原因,提出了从磁记忆磁场中提取缺陷或潜在缺陷信息的方法,强调了磁场分布的相对差别或相对变化对磁记忆检测的重要性。     

磁记忆技术若干问题的讨论

从铁磁性材料的基本特性出发,探讨了用磁致伸缩方程组描述磁记忆的方法,给出了磁记忆磁场的数学表示式,讨论了磁记忆现象的基本规律和特点,分析了应力和偏磁场对材料磁特性的不同作用,提出了产生磁记忆的三个基本条件,即材料的压磁性、磁滞性和交变应力的反复作用,并对地磁场的作用给出了明确的解释。同时,分析了磁记忆研究存在的问题及其应用时的局限性等。