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300M钢拉伸载荷作用下残余应力与磁记忆信号关系研究

周笔文  
【摘要】:300M钢在加工制造和使用过程中都会存在残余应力,它对材料塑性、疲劳强度、冲击韧性等都有较大影响,铁磁性材料受外部应力载荷作用时,会导致磁畴组织定向且不可逆的重新改变,产生磁记忆效应,利用该效应可以评价材料结构中存在的残余应力大小和分布。 本文基于铁磁学、断裂力学、能量最小原则等理论基础,利用有限元分析法建立含有经典缺陷的300M钢平板应力分析模型,采用非线性弹塑性应力分析,求解平板在不同载荷下的应力分布。对含有小孔以及槽的平板进行拉伸实验,绘制出300M钢应力—应变曲线,使用磁记忆检测仪测量试样表面漏磁场,使用X射线应力仪测量试样表面残余应力。将仿真模拟结果与实验数据对比,结果表明在应力集中处,试样表面法向磁场变化剧烈,且试样若所受载荷小形变量不大时,磁场Hy变化较平稳,但应力进入塑性区域后法向磁场Hy发生剧烈变化甚至出现跃变现象,分析结果揭示300M钢的法向磁场梯度K与载荷、残余应力之间存在着:对于300M钢法向磁场梯度K与载荷呈现一抛物线关系,法向磁场梯度K与残余应力之间在弹性区域及塑性区都存在着单值关系,在由弹性区进入塑性区时K值急剧增加,法向磁场值出现跃变,通过对磁场梯度值的评价确定应力集中区域。 300M钢为国内航空常见的起落架制造材料,300M钢的可靠性分析特别是在役钢构件前期损伤应力集中的检测问题,对航空安全非常重要也是无损检测技术亟待研究。本文的研究结论,可为起落架早期应力集中检测提供理论支持,有助于诠释磁记忆微观机理。


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