铁磁材料相对磁导率变化与应力关系的磁力学模型

应力一直被认为是影响铁磁材料磁特性的重要因素。不论是提高缺陷识别信号还是应力监测等相当复杂的无损检测技术的开发，都要求对应力对磁特性影响的基本知识有一定的掌握，但相关的应力对铁磁材料相对磁导率的影响关系方面的文章还未见到。因此，本文参考有关研究者的成果，指出了一种关于铁磁材料相对磁导率变化与应力关系的磁力学模型，作为反应铁磁材料磁力耦合的一个方程式。     

基于动态磁化的结构钢磁导率和电磁损耗测量方法

结构钢的磁导率和电磁损耗等磁参数的测量对于研究其应力状态、成分以及缺陷等具有重要意义。该文提出了一种利用动态磁化法快速测量结构钢磁导率和电磁损耗的方法,介绍了实现该方法的测量装置,并利用该方法测量了Q235钢的磁导率和电磁损耗,探讨激励电流幅值和频率对测量结果的影响规律。实验结果表明:该方法可用于测量结构钢处于弱正弦磁场下的磁导率和电磁损耗。随着激励电流幅值增大,磁导率和电磁损耗增大;随着激励频率增大,磁导率减小,电磁损耗增大。作为应用实例,该文还研究了磁导率和电磁损耗与构件应力的关系。结果表明:随着结构压应力减小,拉应力增大,磁导率和电磁损耗增大。该方法可用于对应力状态进行评价。     

铁磁材料磁通量变化与应力关系的磁力学模型

采用建筑钢材建造的工程结构,在其服役期内将不可避免地产生一些损伤,从而影响结构的内力分布规律,导致其部分应力可能超限,引起局部失效,严重者将使整个结构倒塌.为了直接测试这类结构的应力状态,从而确保这类结构的安全性,提出了钢材等铁磁材料基于磁力耦合效应的全磁通应力磁性无损检测法,即通过测试材料的全磁通量来测试材料的应力状态.根据铁磁材料磁特性的应力敏感这一特性,以圆形铁磁试件为研究对象,采用能量最小理论,推导了圆形铁磁试件磁感应强度同拉应力之间的相关关系方程,建立了其磁通量增量与拉应力关系的磁力学模型.该磁力学模型表明,铁磁试件在外加磁场和外加应力的共同作用下,其磁通量的变化量随拉应力的增大而增大,且与外加应力呈现出线性关系.所提磁力本构模型可为全磁通直力检测技术奠定基础,具有较好的理论意义和实用价值.     

一般铁磁材料的磁导率

在一般电工和电磁理论的教科书中,对铁磁材料磁导率的阐述往往含混不清,特别对各类常川的磁导率也不甚区分,致使在实践中引起错误。本文拟着重阐述在一般文献或工程技术中常遇到的几种磁导率及各自的适用范围。 (一)磁化曲线和磁滞回线我们知道,大多数物质的磁效应都是很微弱的,但以铁为代表的一类物质其磁性却很强,叫铁磁质,其中包括元素铁,过渡族元素钴,镍,稀土族元素钆,镝,钬,还有铁和其它金属或非金属的某些合金等。铁磁物质的基本磁矩主要来源于电子的自旋磁矩,而轨道磁矩基本上是无贡献的。由于铁磁质中存在磁滞现象(B的变化滞后于H的变化)使得铁磁物质的磁化规律更加复杂,磁感应强度B(或磁化强度M)对于磁场强度H的依赖关系不仅不是线性的,而且也不是单值的。这种关系通常是用实验方法测定,     

铁磁钢材应力致磁各向异性定量检测特性研究

为研究铁磁材料的应力致磁各向异性的物理表现及其对应力的定量检测特性,搭建了交流磁化/检测实验装置.在单向加载条件下,对铁磁Q195平板试件施加了不同程度的弹性应力.并在保持每个弹性应力方向及大小不变前提下,施加了不同方向的不饱和交流外磁场,检测了其交流磁化曲线.通过对实验数据的频谱分析、磁滞回线的获取及磁特征参数的提取,分析和讨论了铁磁材料应力致磁各向异性定量特性、磁各向异性特征参数与应力的定量关系.研究结果表明:应力导致了铁磁Q195钢材表现出了磁各向异性特性;应力致磁各向异性磁特征参数随着应力增大而近似于线性增大,可以通过提取对应的参数进而求取对应的应力.研究结果对系统探究铁磁材料的应力致磁各向异性定量特性具有一定参考价值.     

基于自然磁化现象的损伤定量无损检测方法

为了开发对材料裂纹产生前的早期损伤程度进行定量无损检测的新方法,探讨自然磁化机理,以核能设备中常用的常磁性材料——奥氏体不锈钢SUS304为研究对象,通过实验对不同形状和厚度的材料试样进行多次拉伸,测量相应的自然磁化漏磁场磁感应强度和残余应变分布,从而建立了基于自然磁化现象的机械损伤与其磁化漏磁场的定量关系,进而证明了可以通过检测自然磁化漏磁场强度实现对奥氏体不锈钢材料损伤程度的定量检测和评估.基于实验所建立的机械损伤与自然磁化漏磁场的定量关系,结合磁记忆检测方法的优点,提出了一种较为简单但更为全面的对局部缺陷损伤程度进行定量检测的方法.奥氏体不锈钢的自然磁化机理可以初步认为是机械损伤引起的位错堆积导致了奥氏体不锈钢中马氏体含量和位错能的增加,由于材料的各向异性致使在铁磁属性的马氏体组织内产生了自然磁化,从而使材料整体呈现自然磁化特性.     

带缺陷钢丝绳拉伸力-磁耦合数值模拟

金属磁记忆作为一种新兴的钢丝绳无损检测技术,可对钢丝绳应力集中及缺陷部位进行定位,但对其应力状态及损伤程度的量化关系研究不足。为探究带缺陷钢丝绳拉伸状态下应力与金属磁记忆信号之间的联系规律,将缺陷诱发的钢丝绳损伤判别视为钢丝绳应力变化导致磁记忆信号改变的问题。基于磁机械效应及力磁耦合理论,考虑弹性阶段及塑性阶段磁特性参数(磁导率、矫顽力)随铁磁构件应力变化的不同规律,创新性地提出考虑磁导率和矫顽力影响的力-磁耦合修正模型。采用ANSYS有限元模拟软件,对带缺陷的1×7型单股钢丝绳进行静力场计算和环境磁场共同作用下的三维静磁场计算,利用力-磁耦合修正模型对两种物理场进行力-磁耦合。通过与试验结果进行对比分析,发现改进的模型可以较好地分析钢丝绳的力-磁耦合模拟问题,为以数值模拟为手段的钢丝绳拉伸应力与损伤量化关系研究方法奠定了基础。     

等效应力磁场与残余应力测试

基于磁各向异性的磁法应力测试技术,给出了存在应力影响的材料磁导率与应力之间的一个简单表达式,用此式由所测得的电桥非平衡电流Ｉｇ 及测试电路和探头结构参数,可求出测点的残余应力．在单向应力作用下得到了实验证明,为计算铁磁材料的应力提供了一种新方法     

等效应力磁场与残余应力测试

基于磁各向异性的磁法应力测试技术，给出了存在应力影响的材料磁导率与应力之间的一个简单表达式用此式由所测得的电桥非平衡电流Ｉｇ及测试电路和探头结构参数，可求出测点的残余应力，在单向应力作用下得到了实验证明，为计算铁磁材料的应力提供了一种新方法。     

基于力磁耦合效应的金属磁记忆仿真研究

为研究铁磁材料早期损伤和金属磁记忆信号之间的相互关系,结合力磁耦合模型与磁偶极子模型分析了铁磁材料磁导率变化与外加载荷之间的关系,并采用ANSYS Workbench有限元仿真软件中的静力学与静磁学模块对45号钢试件进行了地磁场下的力磁耦合仿真,得到了不同拉伸应力下试件漏磁场强度的变化规律及法向分量B(y)梯度值K的分布规律;研究表明:应力集中区的磁记忆信号随应力呈规律性增加,为金属磁记忆检测技术在铁磁材料应力集中区的检测提供了参考依据。     

利用等效应力磁场测平面残余应力

基于等效应力磁场理论，给出了平面应力状态下，材料沿（垂直于） 焊缝方向磁导率与两个主应力之间的函数关系，从而可以独立地测量任意点的残余应力．实验结果证明了方法的正确性     

立方结构铁磁材料中畴壁阻力函数的研究

测定了镍、坡莫42、4％硅钢线(片)和铁、15号及45号优质碳素结构钢棒在匀速率增加外磁场下的微分磁化率——d磁场(dM/dH—H)关系曲线。结果表明,线(片)状试样与棒状试样具有不同的dM/dH—H关系曲线,这些曲线可用磁场速率α,以及A_(01),A_(02),A_1,A_2,B_1,C_1,C_2等参数拟合,每个参数均具有确定的物理意义。用磁畴壁运动理论得到了阻力函数的形式及其与材料性质、外场条件的关系。     

磁处理降低焊接残余应力中磁场方向的影响

为了解磁处理可降低铁磁性材料残余应力的内在机理和作用规律,通过实验研究了焊接试板在经不同磁场方向的磁场处理前后的残余应力分布,发现焊板平面内垂直于焊缝方向磁场处理后,焊缝区附近的残余应力有明显的降低;沿板厚方向磁场处理后,焊缝区附近残余应力也有所下降;而磁场方向沿焊缝方向进行处理,残余应力降低不明显。这说明磁场方向垂直于最大主应力方向时最有利于残余应力的降低。该文还初步分析了磁处理降低焊接残余应力时,磁场方向影响其效果的机理。     

脉冲磁处理法降低工程结构的焊接残余应力

尝试将脉冲磁处理方法应用到常用工程管板连接结构的降低残余应力处理中。首先采用数值模拟与试验测试相结合的方法确定结构上残余应力数值较大的“危险”区域,设计脉冲磁处理的磁化回路,采用数值模拟的方法模拟磁化过程中结构内部的磁场分布,然后选定适当的磁处理工艺对“危险”区域进行降低残余应力处理。磁处理后的测试结果表明脉冲磁处理可降低管板结构焊缝附近区域的残余应力值,残余应力状态得到明显改善。由此预计,磁处理方法可在类似的重要工程结构件上获得成功应用。     

热处理方式对残余磁场强度的影响

为了解不同热处理方式下铁磁材料的残余磁场强度变化规律，分别在弹性和塑性变形阶段对其进行了单轴拉伸试验。结果表明，在弹性阶段。随着拉伸载荷的增加。残余磁场强度和标准差都是减小的。在同一拉伸载荷作用下，调质热处理试样的残余磁场强度最大。退火试样次之，无热处理试样的最小；在鞭性变形的初始阶段，试样表面的残余磁场强度没有规律町循。当颦性变形较大时，试样表面各点处的残余磁场强度幅值波动很小，其均值和标准差几乎不再变化。可以根据铁磁材料残余磁场强度和标准雉的变化情况判断其是否承受过冲击载荷或大载荷，是否发生了塑性变形。     

磁处理降低钢中残余应力的微观机理模型

目的是定量研究一种新颖的降低材料内应力的非热方法、低频交变磁处理法的效果及其微观机理。在试验研究了该方法降低试样内残余应力的程度、特点和工艺参数的影响后 ,通过透射电镜分析 ,着重观察了磁处理时材料内部的位错运动规律。结果表明 ,低频交变磁处理用于降低材料的内应力是有效的 ,其主要应力降低原因是磁处理过程引起的位错均匀化。在实验结果和理论分析的基础上 ,提出了磁处理时材料内应力松弛的物理模型 ,合理地解释了低频交变磁处理方法降低残余应力的机理     

16Mn钢中残余应力的磁声发射效应

本文研究了16Mn钢磁声发射(MAE)行为随应力的变化规律,制定了利用磁声发射测定应力的一些参数.根据应力与磁声发射参量的一些关系和规律,提出了磁声发射幅值受外加应力影响的表达式,为检测铁磁材料残余应力提供了基础依据.最后测定了焊接板的残余应力.     

拉应力对45冷轧钢磁性特征的影响

测量了45冷轧钢试件在不同拉应力作用下,端点表面剩余磁感应强度和矫顽力随拉伸残余应力的变化关系.试验发现,当拉应力小于试件的拉伸屈服点时,不同拉应力产生的残余应力对端点表面剩余磁感应强度和矫顽力的影响很小;当外拉应力接近或大于试件的屈服点时,端点表面剩余磁感应强度和矫顽力将急剧增加发生跃变.从试验上证明了,可以利用磁性特征在屈服点附近发生突变的性质对材料的应力集中和疲劳损伤状况进行探测,能够对负载是否已超出试件屈服点的状况进行有效判断,为磁性方法在无损检测技术中的应用研究提供了新的思路.     

弱磁检测漏磁信号影响因素实验与仿真研究

弱磁检测能够有效地发现钢筋、钢绞线等铁磁构件因锈蚀产生的结构受损;但是这些铁磁材料会因所在地点、所受地磁场磁化时间的不同,从而使其在弱磁检测中所受的地磁场强度与自身磁化程度也不同。所以,为了探究地磁场与自身磁化对采集到的漏磁信号是否存在影响,在此通过磁屏蔽与退火的方法控制地磁场与自身磁化强度两个变量,进行漏磁信号检测对比实验。为了进一步分析实验结果,采用COMSOL软件对实验进行仿真模拟。结果表明:地磁场对漏磁信号只存在数值上的影响,不会明显改变漏磁信号的变化规律;而自身磁化才是影响漏磁信号规律的主要因素。与此同时,仿真结果也与实验结果保持一致。