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。     

铁磁构件拉压试验中的磁记忆效应研究

通过对带孔的45钢试样的拉伸、压缩试验,对试样磁记忆信号与应力集中之间的关系进行了研究。由拉伸和压缩实验得到应力集中和表面磁场畸变的对应关系,发现拉伸和压缩时应力集中导致的磁记忆信号的区别。利用力磁耦合试验对实验结果进行了分析,不仅能够很好地解释实验现象,并能对其他材料和应力集中状态的磁记忆现象进行一定的预测。     

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。     

PD3型高铁钢轨力磁效应的有限元模拟

如何准确地检测出无缝钢轨中由温度应力带来的应力集中及缺陷,是铁道部门有待解决的难题。应用有限元分析软件ANSYS构建出PD3型高铁钢轨试样及其周围空气层的有限元模型,对其在地磁场中拉伸试验的力磁效应进行模拟,得到不同载荷下应力的分布图及其漏磁场的分布情况。通对分析,并将模拟结果与磁记忆理论及试验进行对比,得出受载荷后缺陷附近磁场的分布特征,为高铁磁探伤的机理研究和应用提供依据。     

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。     

缺陷锐度和方位对接头应力集中系数的影响

采用ANSYS有限元模拟软件,对焊缝中存在缺陷的焊接接头进行模拟研究,分析不同方位、不同大小的椭圆形气孔或裂纹对焊接接头应力集中系数的影响,并计算相应的应力集中系数。结果表明,当焊缝区存在椭圆形气孔或裂纹缺陷时,在其边缘区域将引起较大的应力集中,应力集中系数的大小与缺陷的锐度、尺寸大小及方位有关。缺陷尺寸越大,应力集中系数越大;缺陷偏离受力方向的角度越大,应力集中系数越大;椭圆气孔长轴与受力方向平行时,锐度越大,应力集中系数越小;椭圆气孔长轴与受力方向垂直时,锐度越大,应力集中系数越大。     

磁记忆现象和地磁场的关系

金属磁记忆检测是当前无损检测领域的一种新技术。针对磁记忆检测方法在实际应用中的效果以及地磁场对磁记忆检测结果的影响，通过一系列试验进行验证与研究。结果表明，磁记忆检测方法可有效判断钢管应力集中区域，地磁场在磁记忆检测过程中不产生决定性影响。     

磁场对电火花放电通道的影响研究

放电过程中的横向静磁场可使带电粒子受到洛伦兹力而改变运动轨迹,造成工件上放电点的位置变化,进而引起电蚀坑形貌的变化。利用理论方法推算出磁场作用下的电子运动轨迹,得到工件上放电点的理论偏移值,并通过实验证明洛伦兹力改变了放电点的位置。结果表明:部分电蚀坑出现明显的拉长型畸变,放电点沿洛伦兹力方向移动,放电通道在洛伦兹力与工作液阻力的作用下逐渐发生偏移。电蚀坑被拉长后其深度会变浅,大而浅的电蚀坑将有助于提高电火花加工的表面质量。     

外加磁场对Fe-C相图的影响

在磁场热处理过程中,施加外磁场可使铁素体和奥氏体的晶格磁化畸变,致使Fe-C相图中GS线上移及共析点S右移,并且随着外加磁场强度的增大GS线上移越多。这种变化将为磁场热处理工艺的制定提供一定的依据。另外,施加外磁场仅使Fe-C相图中ES线向含碳量减少的方向发生微量移动,这对制定磁场热处理工艺无任何影响。     

疲劳试验下应力集中与磁信号的关系

选用机械制造业广泛使用的优质合金钢40Cr试件,对其进行高周疲劳试验,研究疲劳试验过程中磁信号的特征值与应力集中位置及应力集中程度的关系,引入李萨如图分析法将磁信号法向、切向分量联合绘制二维检测曲线,探讨李萨如图面积与试件的疲劳损伤状态之间存在的关系。结果表明:利用微分后的梯度值突变特征,可准确确定试件疲劳加载引起的应力集中部位;磁信号在初始加载条件下会出现很大变化,随着疲劳循环次数的增加,磁信号变化缓慢,当试件进入裂纹萌生阶段时,磁信号显著增加;李萨如图面积与试件的疲劳损伤状态之间存在良好的对应关系。结果可望为磁记忆二维检测定量分析提供可靠的试验依据。     

Stress induced magnetic field abnormality

Residual stresses in ferromagnetic material affect the direction and structure of domains and generate magnetic field abnormality on the surface.In the formation of stress induced magnetic field,the influence of geomagnetic field is unclear.Residual stress specimen was produced by tight matching of a round ring and a peg.The magnetic fields of contrast specimens,which were produced in geomagnetic field or in shielding geomagnetic field,were ingspected with 8mm lift-off.The results show that mean amplitude of magnetic field of the specimen produced in geomagnetic field is 0.85% larger than that of specimen produced in shielding geomagnetic field.So the formation of stress induced magnetic field abnormality above the surface of inspected ferromagnetic material geomagnetic field gives little contribution.     

磁致伸缩和磁记忆问题研究

从铁磁性材料的基本特性和最小自由能原理出发，探讨了应力和外磁场对磁性材料磁化状态的不同影响，讨论了磁致伸缩现象的规律和特点。用磁致伸缩方程组详细研究了磁记忆现象产生的条件和规律，分析了应力和地磁场在磁记忆现象中的不同作用。结论认为应力可改变材料的磁特性，地磁场则可改变材料的压磁性，两者共同作用产生净磁场，磁记忆现象不仅与应力和材料的磁特性有关，而且还与工件在空间的位置和方向有关。     

铁磁性物体在地磁场中的自发运动磁化

依据法拉第电磁感应定律和铁磁性物质在磁化一退磁过程中的能量差异，阐明了铁磁性物体在地磁场中的摆动、振动和周期性往复平动都会引起该物体的自发磁化。虽然每次磁化一退磁过程之后物体上的剩磁增量非常微小，但随着循环次数的增加该物体最终必然被强烈地自发磁化。从而推知：地磁场的矢量特性和纬度效应对金属磁记忆检测与诊断技术适用性和可靠性的影响都不大。     

任意波形脉冲磁场下电磁力计算模型研究

为了建立一个描述任意脉冲磁场下电磁力特性的数学模型,利用数学解析法推导建立任意波形周期脉冲电磁力的模型和理论解。利用此模型考察了三角脉冲磁场下电磁场和电磁力周期变化规律、脉冲频率、占空比和静磁场对电磁力的影响。结果表明:任意波形周期脉冲磁场可通过时谐场叠加得到,各个时谐场的频率为基频的整数倍。三角脉冲电磁力方向呈现交替变化,并且其电磁压力绝对值大于电磁拉力。在脉冲磁场某时间段内,介质内部同时存在电磁拉力和电磁压力。随着脉冲频率增大或占空比减小,电磁压力与电磁拉力都增大,但是电磁压力增幅远大于电磁拉力。随着静磁场感应强度增大,脉冲电磁力增大同时作用深度也增加。枝晶破碎是脉冲磁场细化晶粒组织的机理之一,枝晶在交替变化的脉冲电磁力作用下,可视作产生疲劳损伤,因此脉冲磁场电磁力特性能够增加枝晶破碎的几率。一方面可以通过设计调整脉冲频率、占空比和静磁场获得满足细化凝固晶粒组织所需电磁力;另一方面当脉冲电磁力足以使枝晶破碎时,降低脉冲频率或增大占空比,以便脉冲电磁力作用深度大,从而使凝固细化作用效果更佳。     

16MnR钢板焊接对接接头残余应力磁记忆检测研究

基于金属磁记忆效应原理，研究16MnR钢板焊接接头附近垂直于焊板平面的漏磁场强度分布情况及其对应的残余应力分布情况。试验结果表明，铁磁性焊接接头近焊缝区不同形变引起的磁导率不连续变化产生漏磁场；磁记忆效应所产生的垂直于焊板平面方向上的漏磁场峰值与焊接残余应力造成的塑性变形区域和弹性变形区域分界具有直接对应关系。金属磁记忆法在焊缝残余应力测量中具有良好的应用前景。     

磁场作用下的微生物腐蚀研究进展

磁体周围存在磁场,磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的,磁场力包括洛伦兹力和安培力.概述了磁场对微生物和金属腐蚀过程的影响,包括对单一细菌和混菌体系、电化学控制和浓差极化控制的电化学过程的影响.归纳了磁场作用于微生物金属腐蚀的防控方法,包括微生物竞争手段、缓蚀杀菌剂的应用以及存在的不足等问题.在此基础上,重点综述了近年来磁场条件下金属微生物腐蚀的研究进展,分析了磁场对于微生物生长特性和生物膜形成的影响,分别以不同微生物存在的体系、电化学过程控制的类型等方面展开详细讨论.针对磁场存在的环境,总结了微生物对金属的腐蚀机理,包括生物膜理论、离子干涉理论、自由基理论等.最后结合磁场对金属腐蚀过程的相关机理,展望了后续磁场对微生物腐蚀防控的研究方向.     

磁控焊接技术的研究现状

介绍了磁控焊接技术的基本原理及装置,并从其对电弧形态、熔滴过渡形式、熔池内液态金属温度场及流动状态等的影响进行了阐述。与普通的焊接技术相比,磁控焊接技术将磁场产生的磁场力引入到焊接过程中并对其进行干涉,通过调节磁场的方向和大小能够改善焊缝成形、改变接头组织及提高力学性能等。因此开展磁控焊接技术的研究具有很高的工程实用价值。     

两段式无缝软接触电磁连铸结晶器内的电磁场分布

通过有限元数值模拟,研究了两段式结晶器上半段长度、感应线圈的位置及液面位置对结晶器内部磁场的影响,分析了两段式结晶器的电磁场分布规律.结果表明:两段式结晶器的上半段越长或线圈位置越靠上,结晶器的透磁效果越好;液面位于线圈中心偏上20 mm时,内部磁场的作用效果最佳.在本研究条件下,两段式结晶器的透磁效果良好,磁感应强度主要集中在结晶器上半段钢液的弯月面区域.纵向磁场在结晶器上半段高度的范围内逐渐增强,在结晶器下半段高度的范围迅速衰减;周向磁场在钢液表面均匀分布;径向磁场由钢液表面向内部逐渐衰减.与切缝式结晶器比较,两段式结晶器内部磁场分布更均匀.     

Nano- and microparticles of iron with a modified surface and prospects for their application. Part I: Copper-coated iron particles

The catalytic properties of metal copper in chemical reactions between ferrite-garnet materials and orthophosphoric acid are described. It was shown that the reactions occur more efficiently provided copper is used in the form of shells on nano- and microparticles of iron and stirring of the etching agent is performed by the magnetic fields. The formation of the metal copper on iron particles is carried out using a chemical method owing to the reaction between the iron particles and the water solution of blue vitriol and sulphuric acid. The highest efficiency of stirring is registered using a magnetic field with a variable direction of the magnetic field gradient.     

磁感应强度对高速连铸流动控制结晶器内金属液流动的影响

流动控制结晶器(FC-Mold)是高速连铸的重要设备,模拟了流动控制结晶器内金属液的流动情况,研究磁感应强度对结晶器内金属液流动的影响。实验结果表明:静磁场不仅具有制动钢液流的作用,还具有阻碍金属液运动,改变流动方向的作用。高速连铸采用FC-Mold,能够改善结晶器内金属液流动;磁感应强度增大,自由液面的流动得到改善,液面波动受到抑制,下环流的冲击强度减小。