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。     

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。     

外磁场下三轴弱磁应力检测信号定量化分析

从微观角度量化分析了外磁场作用对铁磁性材料磁力学特性的影响因素，计算了不同方向及强度的外磁场下，铁磁性材料三轴弱磁信号的检测特性，并进行了系统的试验研究。试验结果表明：磁畴自发磁化强度矢量趋于应力方向重新排列产生弱磁信号；弱磁信号在轴向具有峰值，径向具有峰-峰值，且过零点，周向呈不规律波动；随外磁场强度的增强，弱磁信号增大，但增大幅度逐渐减小，外磁场对弱磁信号的影响趋于饱和；外界磁场对其垂直方向的弱磁信号影响程度微弱。     

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。     

油气管道塑性变形的磁记忆检测

利用金属磁记忆检测技术对油气管道塑性变形进行检测。通过位错理论分析了铁磁材料塑性变形时的能量变化,用铁磁材料能量平衡理论分析了材料塑性变形过程中磁场信号的变化特征。通过对管道进行打压试验,用磁记忆检测设备对磁信号进行检测,研究了磁记忆信号与应力的对应关系,得出磁记忆信号随应力的变化特征。结果表明:铁磁材料在塑性变形时,其表面弱磁场发生突变,应力-磁感应强度曲线斜率增大;多次塑性变形导致磁场变化率降低。     

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.     

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。     

低频交变磁处理降低钢材内应力的微观机理

磁场处理被许多研究者用于提高材料的力学性能并取得了一定效果。作者首次运用磁处理方法进行降低材料内应力的研究。结果表明，不同的处理方法，如高强磁脉冲处理和低频交变磁场处理都能够不同程度地降低材料内部存在的残余应力，而且其降低残余应力的方式与常规的热处理有本质的不同。本文定量研究了低频交变磁处理方法降低残余应力的程度、特点和工艺参数。通过透射电镜分析，着重观察了对30CrMnSiA进行磁处理时处理前后材料内部的位错运动规律。在经过磁处理后的试样中，其明显的胞壁结构消失，位错分布均匀化；整体位错密度与处理前相比变化不大。根据上述观察和宏观试验结果，对磁处理降低残余应力的特点和微观结构进行了分析了讨论，认为磁场作用下的位错均匀化是磁处理降低残余应力的主要原因。     

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。     

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。     

金刚石结块强交变磁处理的实验

建立强交变磁场作用下金刚石结块的理论分析模型,给出了金刚石结块所受交变磁场应力的理论解;通过自制的强交变磁处理装置QJC-1对金刚石结块进行常温交变磁处理实验,对交变磁处理前后金刚石结块的显微组织、硬度和冲击韧性进行对比分析。研究结果表明,处在强交变磁场中的金刚石结块,其内部会产生很大的交变磁场应力,致使内部物质发生迁移、组织得到细化,从而提高了金刚石结块的力学性能。     

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。     

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。     

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。     

磁记忆检测技术对焊缝强度匹配检测研究

为快速准确检测钢材焊缝质量的力学性能,结合磁记忆检测机理,试验探索了磁记忆检测技术对焊缝质量强度匹配的检测方法。对不同材料焊接试件进行拉伸试验、磁信号测量和射线检测分析,研究了拉伸过程中磁记忆信号变化规律与焊件不同材料强度匹配之间的关系。结果表明,不同材料匹配的良好焊接构件具有不同的力学性能和磁记忆特征,匹配状况、力学性能和磁记忆信号特征具有内在的联系,其焊接强度和断裂位置与材料匹配状况有关。依据金属磁记忆检测技术的基本原理,以焊接强度为宏观特征,采用不同应力作用下的磁信号梯度信息和平均磁信号信息为检测参量,运用双参数信息融合技术,可以有效判断焊缝构件的强度匹配问题。     

钢铁材料中残余应力与磁致振动的相互作用关系

研究了45钢脉冲磁处理过程中残余拉应力与磁致振动之间的相互作用关系.结果表明,残余应力可影响材料的磁致伸缩特性,进而影响材料的磁致振动特性.钢铁材料中存在残余应力时,磁致振动的平衡位置发生移动,且振幅减小;随着磁致振动过程的进行,有残余应力试样的磁致振动特性逐渐向无应力试样的特性过渡.另外,残余应力在磁致振动结束后发生了一定程度的下降,这表明脉冲磁处理过程中,残余应力与磁致振动之间存在着强烈的耦合作用,使得带有残余应力材料的磁致振动表现出强烈的非线性特征.     

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。     

弱磁激励下Q235钢的磁记忆检测

在不同弱磁场环境下对Q235钢平板试件进行静拉伸试验,利用TSC-1M-4磁检测仪原位测量试件表面的法向磁场,并分析磁场在拉伸过程中的变化规律。结果表明:强化弱磁激励可以减小干扰噪声的不利影响,改善检测效果。弱磁激励下,试件在弹性阶段出现应力磁化反转现象;塑性阶段保持磁化反转,磁场越过零点后沿反方向增大。并且,探讨了试件在弱磁激励下磁场梯度K与应力之间的相关性,为磁检测技术在铁磁材料损伤评估中的应用奠定了基础。     

关于金属磁记忆检测中背景磁场抑制的讨论

通过具体试验，对当前金属磁记忆检测中普遍采用的利用通道补偿的背景磁场抑制方法进行了验证。结果发现通道补偿法并不能真正去除背景磁场对金属磁记忆检测的影响；同时，进一步对背景磁场对金属磁记忆检测的影响进行了分析，指出了相关的影响因素，并提出利用有限元分析消除背景磁场对金属磁记忆检测的影响的方法。