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基于铁磁性材料矫顽力的应力检测技术研究

周玙  
【摘要】:管道、桥梁等钢铁材料的应用范围越来越广泛,意味着铁磁性材料在国家的经济发展中占据越来越重要的地位。管道输送能源具有成本低、安全性高及供给稳定等优点,桥梁的建设为人们提供了舒适和便捷的运输、出行条件。如何更好的维护在役管道、桥梁等钢铁构件,有效预防由于应力集中导致的构件失效等问题成为关键。在各种磁特性参数中,矫顽力的测量受外界干扰较小,通过测量材料矫顽力实现对应力集中区的检测有重要意义。 本文主要研究了铁磁性材料的理论基础,包括铁磁性材料的磁畴结构、技术磁化过程、矫顽力等。为充分证明基于矫顽力的应力检测的可靠性,研究了应力对铁磁性材料矫顽力的影响:通过公式推导了应力对铁磁性材料磁化强度取向的影响;阐述了应力引起的铁磁性材料内部能量的变化,能量的增加会阻碍畴壁的移动,从而影响铁磁性材料的矫顽力。本文以钢板的应力检测为研究对象,通过测量钢板的矫顽力实现对应力集中区的检测。实验采用电磁检测的原理,在叠加的U型硅钢片上缠绕激励线圈和检测线圈作为检测探头,与钢板的被测部分构成闭合磁路,从而实现对钢板磁滞回线的测量,得到材料的矫顽力。激励线圈中通以一定频率、幅值的正弦交流信号,同时接入一个采样电阻,采集电阻两端的电压得到与磁场强度H成正比的电信号;在检测线圈接入由电阻、电容组成的积分电路,通过检测电容两端的电压得到与磁感应强度B成正比的电信号。分别将采集到的两个电信号接到示波器的X、Y输入端,激励电流变化一个周期,由示波器描绘出被测钢板的磁滞回线,磁滞回线与横轴坐标的交点即为材料的矫顽力。 实验分别对存在不同大小应力的钢板进行检测,观察其磁滞回线的形状,得到矫顽力并进行比较。实验结果表明:外力使钢板内部产生应力,导致了矫顽力的减小,且随着应力的增加,材料的矫顽力减小,即铁磁性材料的矫顽力与所受应力的大小成反比。因此,通过测量铁磁性材料的矫顽力可以实现对应力集中区域的检测。


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