鐵磁構(gòu)件應(yīng)力磁化及反轉(zhuǎn)效應(yīng)的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、金屬磁記憶檢測技術(shù)是一種新型的磁性無損檢測方法，該方法能夠提前預(yù)測鐵磁材料的損傷程度，具有極大的應(yīng)用潛能。本文依據(jù)金屬磁記憶檢測技術(shù)的基本原理和物理基礎(chǔ)知識，以數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究為研究手段，探索基于金屬磁記憶檢測技術(shù)的應(yīng)力磁化及反轉(zhuǎn)效應(yīng)的機(jī)理及其變化規(guī)律。
　　基于應(yīng)力磁導(dǎo)率的力-磁耦合模型，利用有限元分析軟件ANSYS對V形缺口、半圓形缺口和V形與半圓形缺口并存的雙缺陷關(guān)聯(lián)的20＃鋼試件進(jìn)行有限元仿真分析。仿真結(jié)果表明，在各試件

2、應(yīng)力集中部位，漏磁場強(qiáng)度切向分量具有最大值，法向分量則改變符號且過零點(diǎn)。其中，不同的缺口形狀試件，缺口處附近應(yīng)力集中程度也不相同，磁記憶信號分布則表現(xiàn)為峰值、峰-峰寬度的不同。試件應(yīng)力分布云圖表明，雙缺陷關(guān)聯(lián)試件中心軸線部位存在比半圓形缺口和V形缺口試件更為明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。磁記憶信號法向分量梯度值K(z)對雙缺陷試件因關(guān)聯(lián)作用所產(chǎn)生的應(yīng)力集中影響區(qū)域其評價(jià)特征將不再適用。
　　仿真結(jié)果還表明，各試件測量點(diǎn)處漏磁場與應(yīng)力的變化關(guān)

3、系為折線關(guān)系，表現(xiàn)出先減小后增大的磁化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。試件上不同的測量點(diǎn)位置，應(yīng)力磁化反轉(zhuǎn)效應(yīng)特征量磁化反轉(zhuǎn)臨界點(diǎn)位置和漏磁場強(qiáng)度最大變化量ΔBmax有著不同的變化規(guī)律。其中，ΔBmax可表征試件測量點(diǎn)處對應(yīng)力的敏感程度。最后，仿真分析了測量路徑、探頭提離高度對鐵磁構(gòu)件力磁效應(yīng)的影響規(guī)律。
　　以含有不同角度的V形缺口20＃鋼平板試件為試驗(yàn)對象進(jìn)行拉伸試驗(yàn)可知，處于不同變形階段的不同缺口角度的鐵磁構(gòu)件，磁記憶信號法向分量Hp(y)分布曲

4、線表現(xiàn)出不同的非線性程度與幅值大??；隨著構(gòu)件缺口角度的增大，Hp(y)幅值也隨著增大。分析可知，通過磁記憶分布曲線的特征可大致判斷受力試件所在的變形階段。
　　對軸承鋼40Cr鋼與20＃鋼的圓棒試件進(jìn)行了應(yīng)力磁化反轉(zhuǎn)效應(yīng)的拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：兩種鐵磁材料構(gòu)件漏磁場強(qiáng)度與拉應(yīng)力的變化關(guān)系均表現(xiàn)出應(yīng)力的磁化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。不同的鐵磁材料構(gòu)件，其變化關(guān)系曲線形狀有所不同，具體表現(xiàn)為磁化反轉(zhuǎn)特征磁化反轉(zhuǎn)極值點(diǎn)位置、漏磁場強(qiáng)度最大變化量ΔBm

5、ax變化規(guī)律的不同。其次，研究了磁化前歷效應(yīng)對鐵磁構(gòu)件應(yīng)力磁化反轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響規(guī)律?？芍?，磁化前歷效應(yīng)并不影響應(yīng)力磁化反轉(zhuǎn)極值點(diǎn)位置，只對漏磁場強(qiáng)度最大變化量ΔBmax值產(chǎn)生影響；其中，磁化方向?qū)Ζmax值的變化方向有影響，對其變化率無影響。
　　最后，建立了應(yīng)力等效磁場模型和應(yīng)力的磁導(dǎo)率模型的應(yīng)力磁化反轉(zhuǎn)模型，都很好的反映了應(yīng)力磁化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象及基本特征，這與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。
　　以上結(jié)論不僅豐富了金屬磁記憶檢測技術(shù)基礎(chǔ)理論