弱磁場下鐵磁材料磁機(jī)械效應(yīng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、金屬磁記憶方法是針對鐵磁材料的一種新興無損檢測技術(shù),該方法利用構(gòu)件的表面磁場分布來評估材料的應(yīng)力(應(yīng)變)狀態(tài)。應(yīng)力集中將會引起表面磁場的畸變。同其他磁性檢測技術(shù)相比,該方法不但可以用來準(zhǔn)確確定應(yīng)力集中的部位,而且不需要昂貴的磁化設(shè)備,不需要表面處理,檢測速度快,設(shè)備輕便等優(yōu)點(diǎn),為無損評估技術(shù)在構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)的評估方面提供了新的方向,因此具有廣闊的應(yīng)用潛力和研究意義。然而,磁記憶基礎(chǔ)理論研究的缺乏已嚴(yán)重制約了磁記憶技術(shù)的發(fā)展。
　　實(shí)

2、質(zhì)上，金屬磁記憶研究的是地磁場下,機(jī)械應(yīng)力或應(yīng)變引起的磁性質(zhì)的變化。該方法的本質(zhì)是弱磁場下的磁機(jī)械效應(yīng)。而對磁機(jī)械效應(yīng)的研究已有100多年的歷史,形成了比較成熟的理論體系。磁機(jī)械效應(yīng)是機(jī)械參量引起的磁化強(qiáng)度的變化。本論文針對磁記憶現(xiàn)象機(jī)理的模棱兩可,結(jié)合磁記憶檢測的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,基于磁機(jī)械效應(yīng)的部分成果,建立了適合于材料不同的應(yīng)力狀態(tài)下的磁化模型。具體來說,本文在以下幾個方面進(jìn)行了探索和研究:
　　(1)為了將拉壓磁非對稱性并入到J-

3、A模型,彌補(bǔ)基本J-A模型在刻畫拉壓磁性非對稱性上的不足,分別考慮了應(yīng)力退磁項(xiàng)、應(yīng)力相關(guān)的釘扎系數(shù)、磁疇耦合系數(shù)以及應(yīng)力依賴的飽和磁致伸縮系數(shù)等因素引起的拉壓磁性非對稱性。并入這些非對稱因素后,改進(jìn)的J-A模型不僅能描述磁性檢測中的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象和接近現(xiàn)象,更是增加了拉壓應(yīng)力下的磁性非對稱性,改善了模型模擬結(jié)果的精度,特別是壓應(yīng)力下的磁感模擬結(jié)果;
　　(2)塑性變形引起磁化變化的機(jī)制主要有三點(diǎn),一就是塑性變形引起了位錯的大量增殖,二就

4、是塑性變形引起的磁塑性能,三就是塑性變形引起了殘余應(yīng)力。為了描述磁化隨塑性變形的變化,將上述三種機(jī)制轉(zhuǎn)化成塑性變形對有效場和模型參數(shù)的影響,其中在有效場方面引入了殘余應(yīng)力場和磁塑性場,在模型參數(shù)方面主要考慮了塑性變形對釘扎參數(shù)、磁疇耦合系數(shù)以及規(guī)劃系數(shù)的作用。模擬的結(jié)果顯示在塑性變形初期,磁化強(qiáng)度出現(xiàn)了“跳水”式的下降,隨后隨著塑性變形緩慢的減少,這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常的吻合;
　　(3)循環(huán)應(yīng)力的磁化不僅要考慮磁化隨應(yīng)力歷程的變化,還

5、應(yīng)該考慮疲勞微觀損傷對磁化的作用。疲勞過程的各階段引起磁化變化的機(jī)制是不同的:疲勞的第 I階段,是一個循環(huán)軟化或硬化的階段,在模擬這一階段的磁化調(diào)整的過程中,考慮了軟化或硬化對釘扎系數(shù)和磁疇耦合系數(shù)兩個模型參量的影響;疲勞的第II階段,是疲勞的穩(wěn)定階段,這一階段的磁記憶參量也處于穩(wěn)定的水平,從每循環(huán)周次的損傷-熱和缺陷-鐵原子比的角度討論了這一階段的不可測度性;疲勞的第III階段,材料出現(xiàn)了宏觀的裂紋,磁記憶參量也出現(xiàn)了較大的變化,這一

6、階段主要考慮了宏觀裂紋位置處形成的強(qiáng)退磁場對磁化的作用;
　　(4)斷裂引起磁化出現(xiàn)了正負(fù)峰的突變,而且突變峰值的量級是其他變形階段無法比擬的。借助磁偶極子模型模擬了這種突變?；谟捕?位錯-磁偶極子分布一致的研究結(jié)果上，分別建立了拉伸斷裂和拉拉疲勞斷裂的位錯-磁偶極子模型:拉伸斷裂的磁偶極子分布是從遠(yuǎn)處至斷口的線性增加,而拉拉疲勞斷裂的磁偶極子分布則只是在斷口有密集的存在。建立的模型不僅能很好的模擬拉伸斷裂與拉拉疲勞斷裂的正負(fù)峰