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磁测残余应力法的基本理论和实验研究

冯升波  
【摘要】:残余应力的检测随现代工业的发展应运而生,人们更关注其中不损害被检产品的无损方法。在一系列用于钢铁材料的无损检测方法中,新近开发的磁测残余应力法具有很大的优越性。因为总的说来,磁性能的变化易于测量,而且与超声法、X射线法、中子衍射法相比,磁测装置的低成本更能为人接受。 铁磁材料的磁化一般总伴随着尺寸的变化,这种应变称为磁致伸缩。磁测应力法就是基于磁致伸缩的逆效应或称维拉里效应,通过研究磁化状态的变化来研究材料内应力的情况。研究应力对磁化状态的影响是一个宏微观相结合的过程。应力影响到铁磁材料的磁导率、磁化强度等宏观参量,这种影响源于磁畴在应力场和内外磁场的耦合作用下发生的磁矩转向及畴壁位移。对大多数工程应用,连续介质往往能比磁畴模型更简明地表达对象,而这一模型化过程又常常导致磁化状态描述的不封闭。应把磁测的宏微观研究有机地结合起来。 通过试验,我们首次提出描述磁输出信号与应变间关系的四系数法。利用二极探头我们首先研究励磁频率、励磁电流等励磁条件对磁输出的影响,特别对探头与试件间的磁间隙的影响最先作了详细的实验和理论分析。对低碳钢和纯铁试件进行单双向拉压试验,并对目前磁测中常用于标定试验的十字形标准试件进行应力分析,首次提出了一个简化公式,澄清了前人的一些错误观点。利用磁畴理论,初步探讨了应力(应变)对磁化状态的影响,首次对单向应力状态下的磁应变成功地分离。利用单向应力下磁输出信号与主应力差间的关系,即主应力差法,国内外已取得了一定的成果。我们认为应变更真实地反映了材料变形与磁场间的耦合关系。在双向应力状态下,沿正应变方向更易磁化。我们假定了磁输出信号与应变间的线性关系,建立了描述磁输出信号与应变间关系的模型,通过对单向拉伸和单向压缩的实验结果的分析,模型中的系数得以确定,进而可对复杂平面应力状态下的试件进行应力检测。实际测量中,我们采用四极探头,并对夹具进行了较大的改进,使测量更迅速方便。实测对象为某石化厂超高压厚壁管和某大型车站主门楼桁架,均取得了满意的结果。


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