基于磁力耦合法建筑鋼材料應(yīng)力檢測技術(shù)研究.pdf

1、隨著科技的不斷進步和社會經(jīng)濟實力的提高，每年建筑用鋼材需求都在數(shù)千萬噸。鋼材作為結(jié)構(gòu)最主要的構(gòu)件，往往都擔(dān)負(fù)著巨大的載荷。對建筑結(jié)構(gòu)鋼材料實際受力狀態(tài)的直接測試方法成為當(dāng)代結(jié)構(gòu)健康診斷領(lǐng)域一個重要的研究課題，其研究成果極其工程應(yīng)用價值，同時勢必將推動對結(jié)構(gòu)安全性評價的整體分析水平。
　　 本文在綜述了國內(nèi)外常用的磁學(xué)鐵磁材料檢測方法的基礎(chǔ)上，著暈研究了基于磁力耦合法的建筑鋼材料應(yīng)力檢測技術(shù)。并依此為研究背景，通過理論分析、實驗和

2、先進的仿真技術(shù)手段，全面地研究了該檢測技術(shù)的基本理論和實用技術(shù)，主要研究工作如下：
　　 (1)根據(jù)建筑鋼材料的構(gòu)成成分，結(jié)合鐵磁學(xué)理論研究了應(yīng)力及雜質(zhì)對其磁疇和磁疇壁的影響機理。分析得到應(yīng)力的施加使得晶體的應(yīng)力能增大和磁化方向隨應(yīng)力方向發(fā)生變化的結(jié)論；雜質(zhì)使得磁疇的結(jié)構(gòu)變得十分復(fù)雜，需要通過大量的實驗米驗證對應(yīng)力檢測方法的影響范圍。闡述了利用技術(shù)磁化進行鋼材料應(yīng)力檢測的一般規(guī)律，為建立磁力耦合關(guān)系理論模型提供了必要的理論支持。

3、
　　 (2)利用Joule效應(yīng)的逆效應(yīng)證明了應(yīng)力——伸縮——磁場的變化規(guī)律。討論了在外磁場和應(yīng)力作用下鐵磁晶體內(nèi)其總自由能的主要組成，并根據(jù)能量守恒定律和熱力學(xué)動態(tài)平衡原理，建立了應(yīng)力對磁特性參量影響的數(shù)學(xué)模型方程，并對數(shù)學(xué)模型方程進行解析，獲得了在不同磁場強度下鍘材料應(yīng)力與其相對磁導(dǎo)率變化的計算結(jié)果。
　　 (3)依據(jù)理論分析的鋼材料應(yīng)力狀態(tài)與其磁導(dǎo)率的關(guān)系，提出了對材料進行技術(shù)磁化并通過電磁感應(yīng)原理進行應(yīng)力檢測的實

4、用方法。設(shè)計了采用脈沖和正弦信號兩種方式作為激磁信號的激磁電路；根據(jù)被測材料形狀和使用狀態(tài)設(shè)計了管筒式和U型磁路式兩種結(jié)構(gòu)磁探頭，對其磁回路進行了磁路分析：并利用電磁場有限元仿真軟件對探頭進行了優(yōu)化設(shè)計。
　　 (4)開發(fā)了相應(yīng)的應(yīng)力檢測系統(tǒng)樣機，對主要參數(shù)進行了試驗分析。根據(jù)不同的探頭結(jié)構(gòu)和激磁方式設(shè)計了相應(yīng)的試驗方案，利用標(biāo)定法在萬能材料試驗機上對檢測系統(tǒng)樣機進行主要技術(shù)參數(shù)的校準(zhǔn)。對于該數(shù)據(jù)存進行處理后與材料應(yīng)力關(guān)系進行了

5、四階曲線擬合，其相關(guān)系數(shù)都在0.98以上。并對同一材料其雜質(zhì)對檢測值的影響進行了分析。從試驗結(jié)果看，一般廠家生產(chǎn)的工程材料這種誤差影響最人值小于3％。
　　 (5)利用FLUX電磁場仿真軟件對系統(tǒng)整體進行電磁場分析，了解材料內(nèi)磁場大小、分布等信息，通過軟件計算出應(yīng)力與材料磁導(dǎo)率的對應(yīng)關(guān)系，并且得到與理論相一致的結(jié)論。最后.提出了試驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對某種材料應(yīng)力值進行標(biāo)定，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的試驗標(biāo)定法并取得了良好的仿真結(jié)果，其中U