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创新实习 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 格式 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 题 目 名 称 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 学 院(系) 机 械 工 程 学 院 专 业 班 级 材料成型及控制工程 二 班 学 生 姓 名 吴云浩 指 导 教 师 吴文秀 日 期 2012.2.26 至 2012.3.22 第 1页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 目 录 1、 金属磁记忆检测技术 ................................................................................................3 1.1简介 .....................................................................................................................3 1.2磁记忆原理...........................................................................................................5 1.3疲劳损伤 ..............................................................................................................6 1.4 金属磁记忆法优点 ...............................................................................................6 1.5 金属磁记忆方法的物理原理 .................................................................................7 2、铁磁结构制件局部应力集中区形成磁偶极子的建议模型。.......................................... 12 3、非结构铁磁制件......................................................................................................... 17 4.结论............................................................................................................................. 20 4.1应力集中 ............................................................................................................ 20 4.3应力测试定义 ..................................................................................................... 21 4.5应力测试的方法.................................................................................................. 22 参考文献 .......................................................................................................... 23 第 2 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 摘要:通过创新实习，我渐渐学习了磁记忆检测方法，磁记忆检测技术是一种正在发展中的新型的无损检测技术。随着科学技术的快速发展，人们对产品质量的要求越来越高，构件的质量检测由常规的宏观缺陷检测发展到缺陷源的早期诊断。二十世纪九十年代提出的磁记忆检测技术，与常规检测技术相比，具有快速、无外加磁场及检测成本低等优点。所谓创新，就是要将磁记忆检测仪器向便捷，智能，易于人机互交的方向发展，希望将来可以通过编程手机软件，通过便捷探头，用手机就可以对金属进行磁记忆检测。 关键词:磁记忆、无损检测、质量 1、 金属磁记忆检测技术 1.1简介 金属磁记忆技术是 20世纪 90年代后期出现的一种新型金属无损检测技术 , 该技术借助于天然 的地磁场作用, 金属内部各种微观缺陷和局部应力集中对磁作用的特殊反应机制, 能够对铁磁性金属 构件进行早期诊断和寿命的评估工作 . 检测原理可以表述为: 处于地磁环境下的铁制工件受工作载荷的作用, 其内部会发生具 有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向, 并在应力与变形集中区形成最大的漏 磁场H p的变化, 如图1所示.即磁场的切向分量 H p ( x ) 具有最大值, 而法向分量H p ( y ) 改变 符号且具有零值点, 这种磁状态的不可逆变化 在工作载荷消除后仍继续保留. 通过漏磁场法 向 分 量 H p ( y ) 的测定K值 (K =dH p ( y ) / dx ) , 便可以准确地推断出工件的应力集中区 . 金属磁记忆诊断技术是利用缺陷或缺陷形成之前的微区变化在地球磁场作用下主动发出磁场变化 第 3 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 信息的这样一种特性,间接地判断铁磁性部件是否存在缺陷或应力集中区。当用磁化器磁化被检测铁磁材料时,若材料的材质是连续、均匀的,则材料中的磁感应线将被约束在材料中,磁通是平行于材料表面的,几乎没有磁感应线从表面穿出,被检测件表面没有磁场. 但是, 当材料中存在着切割磁力线的缺陷时,材料表面的缺陷或组织状态变化,会导致磁导率发生变化,由于缺陷的磁导率很小, 磁阻很大, 使磁路中的磁通发生畸变, 磁感应线的流向会 发生变化, 除了部分磁通直接通过缺陷或通过材料内部来绕过缺陷外,还有部分磁通会泄露到材料表面上空,通过空气绕过缺陷再度重新进入材料,从而在材料表面缺陷处形成漏磁场 (如图 2b所示 ). 第 4 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 在具有外磁场 ( 地球磁场 ) 存在的条件下,承载的铁磁部件中会产生应力集中, 并在应力集中 部位出现磁导率减小、工作表面的漏磁场增大的现象,铁磁性金属部件所具有的这一特性称之为磁机械效应.由于这一增强了的磁场记忆部件的缺陷或应力集中的位置, 故又称为磁记忆效应. 1.2磁记忆原理 通过中碳钢缺口退磁试件的拉一拉疲劳实验。利用磁记忆检测仪研究不同循环次数下试件应力集中区的离线磁信号变化特征。结果表明:试件加载前在缺口部位由于几何形状形成漏磁场而产生一异常波，加载后异常波可能产生反向;当循环加载到一定次数后，磁信号曲线趋于稳定;而到最后阶段，缺口部位的异常波波幅不断增加(到断裂时产生激变。通过消除钢制夹头的磁场干扰，提取出仅由应力集中引起的磁信号的最大磁场梯度。从而把整个疲劳过程大致划分为四个阶段。不同的阶段反映了应力集中部位损伤程度的不同变化;基于磁信号特征参量表征的损伤实验结果与理论计算的疲劳损伤演化规律一致。可用于疲劳寿命的早期预测。 第 5 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 1.3疲劳损伤 在长期承受交变载荷作用的金属结构中，疲劳失效是一种主要的破坏形式。由于疲劳断裂时的应力远小于材料静载下的强度极限甚至屈服极限，而且在没有明显塑性变形的情况下突然断裂，可能会造成灾难性的后果。因此，工业生产中无损监测构件的疲劳损伤过程并预测其剩余寿命对于保障设备的安全运行具有重要的意义。 为此，寿命评估、可靠性 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、无损检测等技术被用于解决构件的疲劳损伤评估与寿命预测问题。传统的疲劳寿命分析方法主要有名义应力法、局部应力应变法、应力场强法等，但前提条件认为材料是均匀无缺陷的，且参数较多实验依赖性强;而疲劳失效总是萌生于局部缺陷处如应力集中(疲劳破坏理论也从最初的断裂力学发展到损伤力学及二者的结合。由于铁磁材料的磁性能。如矫顽力、剩磁_一等对疲劳损伤引起的微观结构变化非常敏感，各种磁测量技术也用于疲劳损伤的评估中。利用Preisach迟滞模型来监测局部磁滞回线可评估材料的退化状态。Barkhausen噪声技术可用来判断疲劳寿命的三个发展阶段。磁声发射强度的变化可用来表征材料的疲劳损伤程度，进而预测残余寿命，但一般来说这些信号都很微弱 疲劳损伤是一个不断累积、发展的过程，在疲劳载荷的作用下微观结构不断发生变化，伴随着疲劳损伤的萌生和扩展;兴起于20世纪90年代的金属磁记忆技术，基于铁磁材料在循环应力作用下的磁致伸缩效应和压磁效应，构件的损伤和应力分布可以通过其表面的磁场分布反映出来，进而评价应力集中及早期损伤。本工作尝试用磁记忆技术对疲劳损伤的整个过程进行监测，从而反映损伤累积的动态发展，为疲劳损伤与寿命评估领域提供一种新的解决思路 1.4 金属磁记忆法优点 金属磁记忆法与传统磁测法最大区别是不仅可以实现对宏观裂纹的测定,而且可以确定由于应力集中造成的损伤，进而实现对结构剩余寿命的评估，其物理作用机制 是 第 6 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 铁磁材料在应力集中区会发生磁畴组织的定向及不可逆的重新取向，在地球磁场的作用下产生自有漏磁场，其外在表现为自有漏磁场沿位错滑移带切向分量达到极大值, 而法线方向分量在位错滑移带两侧改变其符号，出现较大的梯度峰值，由于该检测方法具有检测设备轻便、操作过程简单、缺陷识别判据直观等优点，因此极易于工程应用，但作为一种新型无损检测技术，其测试原理的理论物理模型测试结果的可靠性和定量化，测试信息的有效利用性等方面还存在许多争议和不确定之处，本文在简单介绍其测试原理基础上，列举了一些典型工程应用实例，并就该方法存在的问题和未来发展方向进行。 1.5 金属磁记忆方法的物理原理 检测设备的实际应力-变形状态，最为有效并且在实践中得到越来越广泛应用的方法乃是金属磁记忆法(MMM)。 通过实验检测钥匙和锤子的表面应力损伤:图1.51 1.52 第 7 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 1钥匙主要是齿状的部位发生应力集中，通过图1.51红绿交替的地方刚好是图的前一部位，而图1.52反映的是是锤子的应力集中部位是锤子的锤头，也就是经常击打的部位，而不是锤柄。 金属磁记忆方法，乃是技术诊断领域里的崭新方向。这是继声发射之后第二个被动式的检测方法, 它是利用结构自身辐射出的信息。金属磁记忆法不仅能检测处在运行状态下的设备，也能在设备修理时进行检测。同时，金属磁记忆法除了能早期发现正在发展着的缺陷外，还能进一查明受检对象的实际应力-变形状态，找出产生破损的根源。 和声发射方法比较，金属磁记忆使用在更为早期的检测阶段, 是从外部载荷超过金属内应力水平时开始。大多数低碳钢，因组织结构的不均匀性造成的平均内应力水平，等于60-80MPa，将近材质屈服极限的0.3倍。按强度和机械损伤机理，设备出现和发展破损最为不利的情况是复合型载荷，这时金属局部受主拉伸应力作用，在垂直于该应力的平面上滋生裂纹。 第 8 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 多年从事管道和各种设备磁场的研究经验表明，金属发展损伤的区域，存在着磁场强度Hp稳定的符号变换线，而正是这一诊断参数，即Нр=0线，构成了金属磁记忆检测设备方法的基础。本文力图诠释在工作载荷作用下，出现在管件表面上的《主应力线》这一个磁诊断参数。 拉伸、压缩、扭曲和周期性载荷作用下的金属磁记忆效应，最早是在实验室和工业研究中发现的。磁记忆方法的独到之处还在于，它利用工作载荷的作用，在稳定的滑移位错带区域产生的自有漏磁场。存在微弱地球磁场时，在受检物体应力集中区的 第 9 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 表面将形成的漏磁场梯度，使用专门的磁测仪表能确定该梯度值的大小。 在位错聚积区产生自有漏磁场的机理是源于这些聚积变成和磁畴壁厚相等时磁畴边界的固锁效应。任何条件下对工作结构的人工磁化，都得不到象自有磁场那样的信息源，只有象地球磁场这样微弱的外部磁场，承载结构上的变形能量，又远大于外部磁场的能量时，才能形成和得到那样的信息。 要想定量评估应力集中水平，就得确定通过应力集中线(Hp=0线)1磁场Hp法向分量的梯度值(变化强度)。 ,HPk,in2,k (1)式中:?表示应力集中区金属磁性变化强度，因而也是由磁场Hp变化强度表示的漏磁场梯度值或应力强度磁系数;?位于Hp=0线两侧同等线段上两检测点之间磁场Hp的差数模量。 这时，线段应垂直于Hp=0线。线段对于Hp=0线的垂直位置，是由于这些线段同最大的拉伸(或压缩)应力方向相重合所决定的。 利用金属磁记忆这一新诊断方法，能从金属质量，实际使用条件和结构特点去综合评价部件状态。 所建议的新检测方法其原理性的新东西都是什么呢, 分析已知的磁无损检测方法，我们能得出采用这些方法必备的条件是: 第一，必须有磁化装置。 第二，传统的磁无损探伤法仅能在事先知道检测对象的应力集中和缺陷部位的情况下才能使用。 第三，已知的磁无损检测方法，通常得清理受检金属表面和完成一系列的准备工作。显然，在长且巨大的结构和设备上，要想采用传统的磁检测方法去全面普查是不可想象的。例如，专门去磁化管路系统，在一个现代的动力锅炉上，其管路总长度达数百公里，这个任务是不现实的。何况每一根锅炉管件的应力集中部位(损伤的发展根源)，不可能事先知道，因为影响形成的有各种工艺性、结构性和使用性等诸多因素。 众所周知，多数由铁磁材料制造的金属结构和设备，在工作载荷作用下，于地球磁场中经受着“自磁化”。 图1给出了导致残余磁感应增大的磁弹性效应，如果在结构的某个部位上加上周期性载荷?σ，且有外部磁场(如地球磁场)，在该部位就会出现残余磁感应和残余磁 第 10 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 化强度的增长。 同这种“自磁化”现象，到处(造船、动力、滚珠轴承行业以及其他部门)都在进行着斗争。而以锅炉管件为例，研究其使用过程中的自磁化现象之后，首次建议将该现象用于技术诊断的目的。设备和结构“自磁化”时，表现出不同的磁致伸缩效应，但是，在新的检测方法中利用的是所有不同形式的磁致伸缩效应中的后果，它表现为设备金属中实际变形和组织变化的金属磁记忆形式。 图1 周期性载荷作用下磁弹性效应原理图 ΔВr-残余磁感应的变化; Δσ(МPа)-周期性载荷的变化; Нe-外部磁场。 通常，最大值和Hp=0线对应着最大应力集中区(发展破损区)，但是，实践中有这样的例子，仅有最大应力集中区和相应的缺陷而无Hp=0零值线，这种特殊情况要单独讨论。 金属磁记忆-是微弱地球磁场中，受工作载荷作用，受检物体上出现的，应力超出平均内应力所造成的磁感应强度不可逆的变化。机械零件和焊接件，其金属磁记忆表现为在地球磁场中制造和冷却后形成的残余磁化强度，并且反映着他们结构和工艺的继承性。 金属磁记忆法-这是一种无损检测方法，其基本原理是记录工作载荷作用下设备在应力集中区中产生的自有漏磁场。 第 11 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 金属磁记忆是记录工件、制品和焊接件在地球磁场中制造和冷却后产生于残余应力集中区的自有漏磁场。任何铁磁件的制造过程(熔化、锻造、热处理)都将产生实际的磁结构，通常，在地球磁场下冷却时和结晶时发生。在晶格缺陷最集中的部位(例如位错聚积处)和组织不均匀处，形成磁畴边界固定节点以漏磁场Hp改变符号的形式出现在工件表面上，同时Hp=0线对应为最大磁阻抗的截面，且以金属最大不均匀组织为特点，而且是最大内应力集中区。 2、铁磁结构制件局部应力集中区形成磁偶极子的建议模型。 由工作载荷作用，在局部应力集中区出现残余磁化强度变化和磁偶极子形成的过程，有下列条件: 处在闭合磁回路的锅炉管件，具有一定的残余磁化强度且处在固定的磁场中，至少是处在地球磁场中。 管件承受工作载荷，形成了应力集中区。 本文分别用下列符号表示: MTP-管件金属(母体)磁化强度; Hз-地球磁场; σeqv-由工作载荷形成的管件中的当量应力; σi-管件金属中的内应力; ?σ-未计算在内的偶极子应力(例如，管件未能充分自补偿); τ-切线方向应力; ?Mσ-局部应力集中区中磁化强度增量(变化)。 锅炉管件实际使用中在未能充分自补偿部位(如固定节点、卡死)将丧失稳定性，通常出现扭曲，管件的那种部位其最薄弱截面，受外部载荷作用，生成具有最大金属变形的应力场(σeqv 第 12 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 +?σ)。管件金属在该区域出现稳定的滑移位错带和场，一直达到金属屈服极限。专门研究管件和板材试件[3,5,6]表明:出现稳定滑移场的瞬间取决于应力σi集中的程度和水平(20号钢和12Cr1MoV近似为70-80兆帕)。在试件表面和金属中，当外部载荷达到0.3屈服极限时，在应力集中区出现以磁场法向分量符号变换线为特征的滑移位错带。当外部拉伸载荷达到0.6屈服极限时，试件的应力集中区出现按整个截面发展的以微塑性为特征的位错变形。 由材料力学已知，不可逆位错在大多数晶体中出现在它最为薄弱的截面上，尤其是，和最大切向应力(τ)方向相近时。显然理想的和实际的工件强度之间的矛盾是由于位错时原子的移动并非按所有场同时出现，这正是所谓位错的在晶格中出现畸变。 这一点于生成滑移位错带时表现出来，在周期性载荷作用下，管件的同一部位上，滑移带变成稳定的且能向金属的深度和广度逐渐扩散。 位错沿晶体运动伴有动力学效应:如机械、热、超声、磁和电等效应。 整理位错运动引起的变形能量超过微弱外部地球磁场能量(Hз)，以及由磁化(MTP)引起的内部场能量(Hi)达到一倍或更多时，晶格体原子的机械和磁力矩，由于磁机械效应将不朝向薄弱磁场Hз和Hi方向。同时，弱磁场Hз和Hi不光从方向上，且从数量上积极参与整理位错聚积时总磁场的出现和形成。 应该着重讨论一下在位错聚积区产生自有磁场的机理并回答:能否在没有外部地球磁场的条件下，受应力集中和变形作用产生上述自有磁场。 由磁物理现象已知，没有外部磁场的条件下，铁磁体中不可能出现残余磁化。没有外部磁场，仅靠已知的磁机械效应，在机械应力作用下，确定金属磁化现象的企图，通常，都以失败告终[8]。例如，借助图2所示的实验装置可证实这一点。 第 13 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 6 1 4 52 Мкр23 图2 退磁后的铁磁试件，没有内部磁场Hi和外部磁场Hз条件下测量其表面磁场的实验装置。 1-补偿电磁线圈;2-非磁化钛合金试棒;铁磁性碳钢试棒(如钢3);4-退磁用电磁线圈; 5-铁磁探测式传感器;6-磁测计;MKP-试棒两端所加的旋转力矩。 试验过程是:开始用非磁性材料(如钛合金)制作圆试棒2，且在它的中部螺纹处装上由碳钢做成的铁磁圆试棒3，这时，圆试棒3的截面要远小于圆试棒2的截面，圆试棒3靠近中部的位置补充车削成锥形，以便在被测磁场区域早些形成应力集中，试棒圆锥部分固定了铁磁探测传感器以便测量磁场(沿圆试棒3轴线)的法向分量。已知，靠近铁磁传感器试件表面的法向分量大体上等于内部磁场Hi。接着借助磁测计测量试棒3处在地球磁场中初始状态时的场。 随后，试棒2和3通过退磁线圈4并同时放入补偿线圈1，在那里没有外部磁场，(图2上用箭头指示试棒2和3的移动方向)。圆试棒3退磁后将其放入补偿线圈1中间测量场，并记录下其零值。 第 14 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 然后从相反方向給试棒2加上旋转力矩MKP并同时测量在试棒3应力集中区的磁场。借助旋转力矩MKP直到把试棒3破坏且同时记录磁场。 多次完成这类的试验表明，铁磁试棒断裂区没有出现场和相应的Hi场以及残余磁化强度。 应当指出，如果是类似的试验，要把退了磁的试棒3放到地球磁场中，那场在试棒破坏的瞬间，能从5-10安培/米增长到100-150安培/米或更多。 上述试验研究成果证实，没有外部磁场时，位错聚积(试件破坏前必然要出现)上不可能出现自有漏磁场。 如果把位错聚积看成是非磁化加入物，那么按Kersten模型，非磁化加入物表面出现磁电荷并且这些电荷的能量值近似的大于铁磁体边界层能量的100多倍。后来在磁致伸缩力普通理论的进一步发展中，Neel 曾企图计算由非磁化加入物引起的磁化强度涨落值。显示出，有双重类型的涨落导致出现分布在物体中的磁电荷，这些磁电荷将对应一定的能量，该能量在很大程度上确定着磁畴边界的位置以及具有外部磁场时它们的移动。 Kersten讨论了铁磁试件中有强内应力时磁畴边界位置变化的条件。提到，试件退磁状态下磁畴边界通过应力梯度具有零值的区域。随着外部磁场的加入，磁畴边界一直移动直到应力梯度没有变成大到足以阻止磁畴边界继续移动为止。移动磁畴边界所必需的最大场值对应着最大的应力梯度值。给出了内应力梯度条件下磁畴边界移动的过程演示图解。指出，弯曲的磁畴边界对应着同等应力的表面形状(显然，残余应力条件下这个部位有应力梯度零值)且磁化强度从磁畴边界两侧改变自己的方向～这就必定导致磁电荷的生成以及出现显著的能量从而去形成磁畴边界。 Bozort提到，不论Neel的加入物理论，还是Kersten的应力理论都存在共同的缺点，就是他们没有考虑到这类条件下产生的与磁电荷相关的能量。于是，工作载荷(或者是卸下载荷时残余应力)作用下在小磁场中于位错聚积区出现磁电荷的条件需要磁物理专家加以研究。 由铁磁体磁现象物理学经典著作中引用的上述片断，在一定程度上明晰了局部应力集中区形成磁偶极子的机理。通常，这些区域对应为滑移位错区并且由于出现最大法向应力场其尺寸不超过管件截面的两倍或壁厚。这里，磁偶极子尺寸和薄壳的“临界”尺寸相吻合。实践和实验室试件研究表明，该偶极子中心(Hp=0线)对应着变形符号的变换区或是产生塑性的变形区。 第 15 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 实践中观察到的高数量级漏磁场，就出现在稳定的滑移位错带上(滋生裂纹区域)，用传统的磁物理现象概念无法加以阐明。大家知道，位错的磁矩之间，没有交换的相互作用，因为它们之间的距离很大。可以把位错聚积看成是顺磁气体且需要很强的外部磁场，大约106奥斯特，以便在此区域出现金属的明显磁化，而我们讨论的条件下只有地球磁场，它才有0.5奥斯特。 可是实际铁磁制件总是存在着带相应磁畴边界排列的残余磁化强度矩阵。在工作载荷作用下(当变形能量远大于外部磁场能量时)在稳定的滑移位错带区域出现磁畴边界矩阵位移，以及在该区当位错聚积的大小变成和磁畴壁厚相当时的磁畴边界的固锁。 显然，正是在应力(和，相应的残余应力)集中区磁畴边界矩阵的偏移和闭锁导致在这些区域出现相当大的自有漏磁场。 从传统的概念同样得出结论，铁磁体内残余磁化矢量的方向和符号仅由外部磁场决定。这一概念的合理性，是同时作用铁磁体的不同符号载荷和强磁场的大量实验得出的。采用金属磁记忆法检测铁磁体的实际经验可证实，在稳定的滑移位错带区域(当变形能量大于地球磁场能量一个数量级的条件下)，金属磁化矢量能朝相应的滑移带那面改变符号和方向。 位错壁，通常，沿晶体方向(111)和表面痕迹(110)排列。处在亚边界平面(110)的位错生成远程作用应力场类似于由平面位错聚积的应力场。远程作用的应力场形成《远程》磁畴边界，构成按应力集中线(HP=0线)在铁磁表面上的自有漏磁场。 可以假定，应力集中区里位错壁和磁畴边界矩阵相重合。这种情况下，可以说是前边讨论条件下表现出的磁机械效应。 研究条件下地球磁场扮演着“引信”场的角色，没有它就不可能有磁畴边界矩阵。 位错聚积本身的总磁矩异常微小，而且没有地球磁场时他们就不可能被查找出来。所以，应当指出，检测奥氏体(顺磁)管件实践所查明的事实:应力集中区(位错聚积区)自有漏磁场值不超过地球磁场值。 检测锅炉管件时，去掉工作载荷后，应力集中区(偶极子中心)显然对应着残余应力零梯度，而沿偶极子中心两侧， Hp场最大值区对应着最大的残余应力(拉伸或压缩)区。 这一对应关系需要研制专用模型加以证实。 某种程度上，那种模型已被研制了。依据上述讨论，可以得出有关管件和其他设备应力集中区产生自有漏磁场条件的结论。自有漏磁场由三个因素决定: 第 16 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 -产生于位错聚积和位错滑移稳定带区域的磁电荷; -磁弹性效应和磁机械效应; -存在外部弱磁场(至少是地球磁场)。 由于应力集中区位错滑移稳定且具有方向性，于管件表面出现磁偶极子，这些磁偶极子由于磁机械和次弹性效应，同时反映出?,?和?类应力宏观和微观的之间的有机联系。 3、非结构铁磁制件 依照传统概念，例如，铸钢件冷却时，低于居里温度点没有外部磁场(虽然不大的地球磁场总是存在的)铸件中不产生残余磁化强度，且铸件整体的磁矩等于零。这可由某些磁畴任意自行定向加以说明。 这种概念解说是站得住脚的，一方面，它说明为什么未磁化物体铁磁材料的原子磁性没有表现出来，另一方面，用来解说物体磁化时，包括磁致伸缩的全盘现象。 由传统的概念同样得出。如果某种形状的铁磁材料放入外部磁场He，它的残余磁化强度M分布(去掉场后)以及总的磁矩是由He场方向、该试件形状和退磁因素 )决定。测量磁场强度法向分量得到它近似的分布如图3所示，而该场零N(见图3 值严格地处在试件中部。与此同时，残余磁化强度M的分布，对应为图3，B所示。 уНр м м 图3 实际上，如前所述，基本处理工艺(熔化、锻造、热处理)金属工件生产过程都出现在具有，至少，外部地球磁场下，而且所有工件，通常，有组织不均匀性。所以金属制件冷却低于居里点在地球磁场中结晶时，所形成的磁组织也相应带有结构的不 第 17 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 均匀性。这时在大位错聚积和其他不均匀组织上形成磁畴边界，且工件冷却后其残余磁化强度的分布，通常，不是图3B上的理想分布。参与形成金属工件实际组织的有?类和?类(相应在晶格和颗粒水平)的内应力(σi)。 试验室及工业研究结果表明，实际工件上的Hp=0线可分布在不同区域且对应着缺陷集中部位和内部应力集中线(应力集中线)。而应力集中线依其在具体工件上的分布与外部载荷作用方向的关系能导致其加强或反之削弱。 图4 为证实这一假说，在断裂试验机上，用铁磁体钢试件做了专门试验，试验表明，应力集中线与外部载荷成垂直分布的试件比应力集中线与外部载荷成角度或同轴的试件强度低。 基于上述研究开发了机械零件和工件生产过程中损伤趋势的快速检测方法，图4是新汽轮机叶片的检测结果。图4A 应力集中线位于叶片根部且垂直于主(离心)工作载荷，这种叶片不建议投入使用。图4B 应力集中线沿叶片体且对主工作载荷不构成危险。 以自有漏磁场法向分量零值为特征的建议诊断参数适用于运行中的各种工件和机械零件。 图5A是沿电动机轴母线记录下的场法向分量分布以及以Hp场零值线为特征的应力集中线位置的例子。 第 18 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 y Hp=0y 残根区 y 应力集中线Hp=0 疲劳损伤 图5 图5B是显示上述轴沿Hp =0线脆性疲劳破损的片断。测量疲劳断裂线边界上Hp场时，记录下的该场(Hp=0线)符号变换。这个案例清楚地表明所制定规律对运行中工件的正确性。工件表面(或断面)场法向分量的符号变换线对应为变形的符号变换线。 所建议的检测方法中依据的数量判据是查出的垂直相交于应力集中线的Hp场的梯度(Hp=0线)。 同时，场梯度值在应力集中区，(载荷作用下工件滑移场分布区)表征工件体积中(按宽度和深度)位错聚积密度(ρ)。疲劳损伤区如图5B所示，显然，位错滑移场在轴破损前就已形成。 这里应当指出，稳定滑移位错带的尺寸(深度和宽度)从一个微米(能显著查出阶段)，到他们变成裂纹阶段的数十微米。 不乏实际事例，沿Hp =0线(按KIN最大值)打磨金属0.5-0.6mm深度，对应稳定滑移位错带的Hp =0线完全消失，稳定滑移位错带完全消失(Hp =0线消失)的最大深度，目前在实践中查明的是3-4mm。沿Hp =0线研究金相图时不止一次地发现 第 19 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 从一到数十微米的微裂纹，这种尺寸的裂纹处在传统检测方法灵敏度之外，显然，生成裂纹之前稳定滑移带的〈极限〉尺寸和检测对象以及金属机械性能有关。 位错聚积上的内应力σi正比于。大家知道，稳定滑移位错带和他们相应的最大聚积出现在切向应力(τ)作用的剪切变形条件下，切向应力也正比于: , τ=A•G•b•， 式中:A-常数，等于0.3-0.6;G-剪切模数;b -Burgers矢量。 由上述文献和所作的研究得出，磁场梯度值在所建议的检测方法中正比于位错密度且相应为σi。 应力集中区按磁场梯度确定金属极限状态的方法，在俄罗斯、波兰、中国办理了专利。 4.结论 4.1应力集中 在材料断面急剧变化，结构形状急剧变化，材料内部有气孔、夹渣等缺陷，断面开孔等部位，应力比正常值高出许多，这种现象就叫应力集中。 对于由脆性材料制成的构件，应力集中现象将一直保持到最大局部应力到达强度极限之前。因此，在设计脆性材料构件时，应考虑应力集中的影响。对于由塑性材料制成的构件，应力集中对其在静载荷作用下的强度则几乎无影响。所以，在研究塑性材料构件的静强度问题时，通常不考虑应力集中的影响。 弹性力学中的一类问题，应力在固体局部区域内显著增高的现象。多出现于尖角、孔洞、缺口、沟槽以及有刚性约束处及其邻域。应力集中会引起脆性材料断裂;使物体 第 20 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 产生疲劳裂纹。在应力集中区域，应力的最大值(峰值应力)与物体的几何形状和加载方式等因素有关。局部增高的应力值随与峰值应力点的间距的增加而迅速衰减。由于峰值应力往往超过屈服极限(见材料力学性能)而造成应力的重新分配，所以，实际的峰值应力常低于按弹性力学计算出的理论峰值应力。反映局部应力增高程度的参数称为应力集中系数k，它是峰值应力与不考虑应力集中时的应力的比值，恒大于1且与载荷大小无关。在无限大平板的单向拉伸情况下，其中圆孔边缘的k,3;在弯曲情况下，对于不同的圆孔半径与板厚比值，k,1.8,3.0;在扭转情况下，k,1.6,4.0。1898年德国的 G.基尔施首先得出圆孔附近应力集中的结果。1910年俄国的G.V.科洛索夫求出椭圆孔附近应力集中的公式。20世纪20年代末 ，苏联的N.I.穆斯赫利什维利等人把复变函数引入弹性力学，用保角变换把一个不 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 分段光滑的曲线变换到单位圆上，导出复变函数的应力表达式及其边界条件，进而获得一批应力集中的精确解。各种实验手段的发展也很快，如电测法、光弹性法、散斑干涉法、云纹法等实验手段(见实验应力分析)均可测出物体的应力集中。近年来计算机和有限元法以及边界元法的迅速发展，为寻找应力集中的数值解开辟了新途径。为避免应力集中造成构件破坏，可采取消除尖角、改善构件外形、局部加强孔边以及提高材料表面光洁度等措施;另外还可对材料表面作喷丸、辊压、氧化等处理，以提高材料表面的疲劳强度。 4.2应力集中造成原因 一种是结构自身，一种是加载，加约束不当造成比如你加载，加约束的单元尺寸过小，增大单元尺寸可以减小还可以加弹性垫块来减小;还可以控制网格划分，在应力集中的部位要控制过小单元出现 应力监测一般是指在建构筑物施工过程中，如钢结构安装、卸载、改造、加固，混凝土浇筑等过程，采用监测仪器对受力结构的应力变化进行监测的技术手段，在监测值接近控制值时发出报警，用来保证施工的安全性，也可用于检查施工过程是否合理。 4.3应力测试定义 应力监测一般是指在建构筑物施工过程中，如钢结构安装、卸载、改造、加固， 第 21 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 混凝土浇筑等过程，采用监测仪器对受力结构的应力变化进行监测的技术手段，在监测值接近控制值时发出报警，用来保证施工的安全性，也可用于检查施工过程是否合理。 4.4应力应变测试的目的 静态应力应变测试目的 a) 获得结构或构件的应力应变分布规律及应力集中状况; b) 检验结构或构件的强度储备; c) 验证结构或构件设计的合理性。 动态应力应变测试目的 确定动态应变随时间变化的规律，并对其进行频谱分析，根据统计特性研究结构或构件强度、刚度; b) 验证结构或构件设计的合理性。 4.5应力测试的方法 目前主要的测试方法有电测法、光纤光栅法、振弦式应变测、磁记忆法等 。 4.6磁记忆检测方法成果及结论 磁记忆检测技术是一种正在发展中的新型的无损检测技术。随着科学技术的快速发展，人们对产品质量的要求越来越高，构件的质量检测由常规的宏观缺陷检测发展到缺陷源的早期诊断。二十世纪九十年代提出的磁记忆检测技术，与常规检测技术相比，具有快速、无外加磁场及检测成本低等优点。但由于该技术发展历史短暂，从技术原理到检测装备研发，再到实际应用，还有许多课题尚未研究。对磁记忆检测技术原理、装备研发及实际应用中的若干关键技术进行了理论与实际应用研究，取得了以下研究成果。 磁记忆检测的原理实际上市磁弹性和磁机械效应共同作用的结果。依据铁磁学原理，探讨了地磁效应使铁磁构件产生磁性的机理，研究了铁磁构件在磁弹性及磁致伸缩效应的共同作用下产生磁记忆效应的机理。解释了磁记忆技术能够检测、确定构件缺陷及应力集中部位的原因。研究认为磁记忆检测技术是对铁磁构件进行早期诊断唯一行 第 22 页 共 23 页 磁记忆检测原理及其发展方向的研究 之有效的无损检测方法。 基于磁记忆检测技术原理，设计了磁记忆检测装置的工作原理及内部结构组成。提出了既可以检测记录Hp(y)值，也能够记录磁场梯度变化?Kσz?值的设计思路，方便了检测人员对检测构件的分析判断，另外，对检测装置硬件组成、系统软件及检测探头分别进行了分析研究尤其是对检测探头的关键组成——磁敏传感器进行了详细分析研究，并同时对磁记忆检测装置各组成部分的研究设计。 磁记忆检测技术是一种新型的无损检测技术，它的优点在于高效、高精度、低成本及独有的可预见性。通过本文研究表明，磁记忆检测技术在金属结构的建筑，铁道机车车辆及其他工业行业应用前景广阔。 参考文献 [1] 任吉林，林俊明。金属磁记忆检测技术[M]北京:中国电力出版社，2000年; [2] 姚卫星，结构疲劳寿命分析[M]。北京:国防工业出版社，2003; [3] JIL.ES D C,Review of magnetic methods for nondestructive evaluation[J],NDT International,1988,21(5):311-319; [4]HENRY D L. 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