Q235钢弯曲变形损伤的磁记忆表征研究

发布时间：2020-10-20 06:54

　　 碳素结构钢作为一种常用的铁磁性的金属材料,在各类轻、重工行业得到了广泛的应用。而其作为受力构件,在使用过程中由于受到多种类型的冲击和载荷,势必会引发早期损伤,进而导致失效、断裂、爆炸等严重事故的发生。为此,利用高效、可靠的无损检测手段及预评估技术对构件的早期检测十分重要。金属磁记忆检测技术作为一种新兴的无损检测技术,不仅能够对金属材料的塑性变形以及宏观缺陷进行检测,最主要的是它能够实现对铁磁材料早期应力集中的检测。该项技术基于铁磁材料在地磁场和循环应力作用下的励磁效应机理,通过检测金属构件表面的磁场分布,实现早期危险预警。但是由于磁记忆信号适宜的表征对象还不够明确,尚不能实现定量检测,目前大部分实际应用中仅将其作为辅助检测手段。对于碳素结构钢的磁记忆检测技术应从多角度结合多参数进行研究,故本文以Q235矩形横梁钢试件为研究对象,对无缺陷、V形缺陷的试件进行三点弯曲试验,并采集加载过程中的应变信号以及脱离载荷后的磁记忆信号,总结弹性阶段内构件前后两次在脱离载荷后的法向、切向磁场的分布特征,分析了磁场与弹性应力之间的关系;并利用统计学手段分析了磁记忆信号与应变信号之间的相关性,最后通过U形缺陷试件对统计结果进行了验证。结果表明,构建表面的两个分量的磁场和弹性应力之间存在必然的联系,若试件内部存在明显的缺陷或应力集中,切向磁记忆信号Hp(x)有着很强的响应,切向磁场信号Hp(x)值随着载荷的变化呈现一定的正相关性。对于弯曲受载的构件,通过所记忆的磁场信号能够对试件表面进行损伤定位,即沿信号采集方向切向磁场Hp(x)在应力集中位置两侧呈现波峰和波谷状态,法向磁场Hp(y)在应力集中位置两侧磁场发生翻转。本文对磁场信号和应变信号进行相关性分析,弯曲变形下,若构件内部不存在显著的缺陷,只有剪切应变与磁记忆信号高度相关;水平、竖直、剪切应变三者综合起来,它就能够对磁记忆信号产生强烈影响且可建立综合应变与磁记忆信号之间的简单线性模型。若构件内部存在显著缺陷时,磁记忆信号不受某个方向的应变直接影响,且综合应变亦不能直接影响并作用于磁记忆信号。而相对磁场指数作为本文引入的一个重要参数,重新建立了综合应变与磁记忆信号之间的关系,若有缺陷试件受弯后其综合应变结合相对切向磁场指数与切向磁记忆信号之间存在高度的线性相关性,最后通过多元线性回归并推导得出一种关于切向磁记忆信号与剪切应变信号的线性模型,并最终验证了模型的可行性。本文对于Q235钢的弯曲损伤研究主要集中在磁记忆信号分布特征以及磁记忆信号与应变之间的关系,得出的结论具有一定的准确性和可行性。
【学位单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG115.284
【部分图文】：

以看作它们是具有相互抵消作用的，使得整个材料并不显示磁性［３１］。当材料在外力??作用下磁性会明显的增加，就是因为磁畴会在沿着外磁场的方向重新排列，进而形成??附加磁场。磁畴在外加应力的作用下其变化情况如图２－１所示％??二?二??图２－１因应力而导致的磁畴结构变化情况??Ｆｉｇ．?２－１?Ｔｈｅ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｄｏｍａｉｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｉｎｃｌｕｄｅｄ?ｂｙ?ｓｔｒｅｓｓｅｓ??５??

磁化是一个复杂的过程，因为其不但具有磁化特性还具有磁滞特性％。通过数学的方??法将实验检测到的磁场强度／／及磁感应强度５之间的关系找出来，进而研究铁磁体的??磁性规律，最后得到了磁化曲线与磁滞回线所形成的一个封闭图形１３４］，如图２－２所示：??ｍｉ?＋ｋ??ｕ?ｍ??图２－２磁化曲线与磁滞回线??Ｆｉｇ．?２－２?Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ａｎｄ?ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ?ｌｏｏｐ??磁化曲线一铁磁性材料磁被化过程：对于铁磁性材料，其磁导率ａ随着磁场强度??／／的变化而改变，即／／＝／（／／）是非线性函数，则万与／／同样也是非线性函数。当铁??磁体未被磁化时所处的状态称之为去磁状态，如果对铁磁体施加的是由小到大逐渐变??化的外加磁场，则铁磁材料内部的磁场强度Ｈ与磁感应强度Ｂ也随着外加磁场的变??大而增强［３５？＇当／／增加到某一数值（Ｈｓ）后，５的值不再随之而改变，磁化就达到??了饱和状态，如图２－３中的０Ｓ段曲线所示。起始磁化曲线即是铁磁体由未被磁化到??饱和磁化状态的曲线，可以看出，铁磁材料的Ｂ和Ｈ均不为直线，其斜率逐渐变化，??故铁磁材料的磁导率＃?＝?５／／／也不是常数。??６??

的数值５＝久，这时保留下来的磁场就叫做剩磁（剩余磁场强度）。??若要让被磁化过的铁磁材料的磁感应强度５能够逐渐减小为０，就一定要添加一??个反向并逐渐增强的磁场，如果这个反向的磁场强度增强到＝?．（图２－２上点Ｃ），??磁感应强度５才能减小到０，最后起到退磁的作用。如图２－２所示，ＡＴ段就是退磁??曲线，．是矫顽力，０４段曲线就表示起始磁化曲线，封闭曲线即为磁滞??回线。如图２－２所不，Ｈ按０?—＊?Ｈｍ?—＞０—＞?－?Ｈｍ?—＞?－?Ｈｃ?—＾０—＞？?Ｈｃ?—＞？?／／ｍ的顺序变化时，??Ｂ?相应沿?Ｏ?—＞?Ｂｍ?—＊■?Ｂｒ?—＞?－?Ｂｍ?—＊?－?Ｂｒ?—＞０—＞?的顺序变化。??通过图２－２，可以定义以下概念：??（１）
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本文编号：2848375