铁磁构件应力磁化及反转效应的数值模拟与试验研究

发布时间：2017-08-20 03:23

  本文关键词：铁磁构件应力磁化及反转效应的数值模拟与试验研究

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【摘要】：金属磁记忆检测技术是一种新型的磁性无损检测方法,该方法能够提前预测铁磁材料的损伤程度,具有极大的应用潜能。本文依据金属磁记忆检测技术的基本原理和物理基础知识,以数值模拟和试验研究为研究手段,探索基于金属磁记忆检测技术的应力磁化及反转效应的机理及其变化规律。基于应力磁导率的力-磁耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS对V形缺口、半圆形缺口和V形与半圆形缺口并存的双缺陷关联的20#钢试件进行有限元仿真分析。仿真结果表明,在各试件应力集中部位,漏磁场强度切向分量具有最大值,法向分量则改变符号且过零点。其中,不同的缺口形状试件,缺口处附近应力集中程度也不相同,磁记忆信号分布则表现为峰值、峰-峰宽度的不同。试件应力分布云图表明,双缺陷关联试件中心轴线部位存在比半圆形缺口和V形缺口试件更为明显的应力集中现象。磁记忆信号法向分量梯度值K(z)对双缺陷试件因关联作用所产生的应力集中影响区域其评价特征将不再适用。仿真结果还表明,各试件测量点处漏磁场与应力的变化关系为折线关系,表现出先减小后增大的磁化反转现象。试件上不同的测量点位置,应力磁化反转效应特征量磁化反转临界点位置和漏磁场强度最大变化量ΔBmax有着不同的变化规律。其中,ΔBmax可表征试件测量点处对应力的敏感程度。最后,仿真分析了测量路径、探头提离高度对铁磁构件力磁效应的影响规律。以含有不同角度的V形缺口20#钢平板试件为试验对象进行拉伸试验可知,处于不同变形阶段的不同缺口角度的铁磁构件,磁记忆信号法向分量Hp(y)分布曲线表现出不同的非线性程度与幅值大小;随着构件缺口角度的增大,Hp(y)幅值也随着增大。分析可知,通过磁记忆分布曲线的特征可大致判断受力试件所在的变形阶段。对轴承钢40Cr钢与20#钢的圆棒试件进行了应力磁化反转效应的拉伸试验,试验结果表明:两种铁磁材料构件漏磁场强度与拉应力的变化关系均表现出应力的磁化反转现象。不同的铁磁材料构件,其变化关系曲线形状有所不同,具体表现为磁化反转特征磁化反转极值点位置、漏磁场强度最大变化量ΔBmax变化规律的不同。其次,研究了磁化前历效应对铁磁构件应力磁化反转效应的影响规律。可知,磁化前历效应并不影响应力磁化反转极值点位置,只对漏磁场强度最大变化量ΔBmax值产生影响;其中,磁化方向对ΔBmax值的变化方向有影响,对其变化率无影响。最后,建立了应力等效磁场模型和应力的磁导率模型的应力磁化反转模型,都很好的反映了应力磁化反转现象及基本特征,这与试验结果基本一致。以上结论不仅丰富了金属磁记忆检测技术基础理论,而且极大的推动了磁记忆检测技术定量化评价体系的建立。
【关键词】：金属磁记忆 力-磁效应 有限元分析 磁化反转 磁化前历效应
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG115.28
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题研究的背景及意义9-11
• 1.2 金属磁记忆检测技术的研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.3 本课题研究的主要内容13-14
• 第二章 金属磁记忆检测技术的理论基础14-26
• 2.1 铁磁材料的磁学特性14-18
• 2.1.1 物质的磁性14-15
• 2.1.2 自发磁化与磁畴15-17
• 2.1.3 磁化曲线与磁滞回线17-18
• 2.2 应力集中18-20
• 2.3 金属磁记忆检测原理20-25
• 2.3.1 磁机械效应20-21
• 2.3.2 磁记忆检测原理21-24
• 2.3.3 磁记忆检测技术评价判据24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 应力磁化及反转效应的数值模拟研究26-43
• 3.1 力-磁效应耦合分析的基本理论26-30
• 3.1.1 力-磁效应有限元分析理论基础26-28
• 3.1.2 耦合场分析类型28-29
• 3.1.3 力-磁效应耦合模型29-30
• 3.2 应力磁化及反转效应的ANSYS仿真30-33
• 3.2.1 有限元模型的建立31-32
• 3.2.2 网格划分32-33
• 3.2.3 加载与求解33
• 3.3 有限元仿真结果分析33-41
• 3.3.1 试件内部应力分布规律33-34
• 3.3.2 试件空间漏磁场分布规律34-38
• 3.3.3 应力与试件漏磁场关系的分布规律38-39
• 3.3.4 相关因素对力-磁效应的影响39-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 应力磁化及反转效应的试验研究43-66
• 4.1 试验设备43-44
• 4.2 含不同角度缺口的铁磁构件拉伸试验44-48
• 4.2.1 试验材料及方案44-45
• 4.2.2 试验结果及分析45-47
• 4.2.3 试验小结47-48
• 4.3 40Cr钢应力磁化反转效应的拉伸试验48-53
• 4.3.1 试验材料及方案48-49
• 4.3.2 试验结果及分析49-52
• 4.3.3 试验小结52-53
• 4.4 磁化前历效应对应力磁化反转特征的影响研究53-61
• 4.4.1 试验材料及方案53-55
• 4.4.2 试验结果及分析55-61
• 4.4.3 试验小结61
• 4.5 应力磁化反转效应的物理模型61-64
• 4.5.1 应力等效磁场模型62-63
• 4.5.2 应力的磁导率模型63-64
• 4.6 本章小结64-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 研究展望67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

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1 李一;任尚坤;;铁磁试件静载拉伸时应力磁化的反转效应[J];钢铁研究学报;2013年03期

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本文编号：704405