基于磁各向异性技术的管道应力检测方法研究
发布时间：2021-01-06 04:05
管道是油气的主要输送方式之一,其敷设方式较浅且输送介质具有易燃易爆特性,因此有效保障管道结构安全是管道工业界最关注的问题之一,管道失效的原因多由于局部应力集中、微观缺陷和裂纹造成的。管壁产生应力集中后,会发生屈服甚至断裂,在应力的反复作用下管壁会产生疲劳裂纹,在腐蚀环境下,管壁会产生应力腐蚀裂纹,裂纹对管壁造成进一步的危害。因此,检测管道的应力状况是一种有效避免管道发生失效的手段。本文以管道为研究对象,利用磁各向异性检测管道的应力状态,该技术的原理是铁磁性材料在受到应力的过程中,其不同方向磁导率会呈现明显的不同,通过检测易磁化方向与难磁化方向的磁化率之差,以及应力与磁化率的数学关系,得到管壁的当量应力,根据应力第三强度准则判断其是否发生屈服失效。通过对铁磁性材料产生磁各向异性的原因进行研究,认为其主要受到磁晶各向异性能和应力能的影响;根据能量最低原理,研究了应力致磁各向异性现象的机理;通过对管道的受力状态进行分析,认为管壁的径向应力远小于环向应力和轴向应力,可将其等效为双轴应力状态进行分析;根据能量守恒定律,结合管壁的应力分布情况,建立了磁化率与管壁应力之间的数学模型;根据磁路欧姆定律...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管道爆炸事故Fig.1.1Pipelineexplosionaccident
沈阳工业大学硕士学位论文12图2.290°畴壁和180°畴壁Fig.2.290°domainwalland180°domainwall磁畴界壁的厚度同样由磁场能、磁各向异性能、弹性能等共同决定，畴壁的位置的厚度主要取决的能量的最小稳定状态。根据原子磁矩转变方式的不同畴壁分为布洛赫畴壁和奈尔畴壁。1）布洛赫畴壁布洛赫畴壁是物理学家布洛赫在1932年首次提出的，磁畴间过渡层的概念，布洛赫畴壁如图2.3所示。图2.3布洛赫畴壁Fig.2.3Blochdomainwall图中，Is为磁化方向，δ为畴壁宽度。布洛赫畴壁的特点畴壁内的磁化方向在壁内进行逐渐旋转，磁畴界壁内的磁矩转变始终与磁畴平面平行。2）奈尔畴壁奈尔畴壁物理学家奈尔在1955年提出的，当晶体在某一方向的长度特别小，可以等效为二维平面时，布洛赫畴壁将不再适用，因为此时布洛赫畴壁将不利于畴壁能的下降，为了利于能量的下降，奈尔提出了另外一种畴壁，如图2.4所示。磁畴畴壁IsIsδ磁畴90度畴壁Is磁畴磁畴180度畴壁
沈阳工业大学硕士学位论文24a原始磁畴分布b应力作用下磁畴分布图2.12磁畴变化过程Fig.2.12Magneticdomainchangeprocess图2.12a中，在未施加应力前，磁畴之间的磁化强度相互抵消；当对铁磁性材料受到应力的作用后，如图2.12b所示，磁化强度方向将会向应力方向发生偏转，沿着应力方向的磁畴体积将会增大，与应力方向相反方向的磁畴体积将会减小，这将导致不同方向的磁导率发生明显的改变。2.5本章小结本章对铁磁学的基本概念进行了介绍，基于磁畴理论分析了磁化曲线和磁滞回线形成的原因及其曲线所代表的意义，为后期磁特性测量实验进行铺垫，为磁各向异性探头磁芯材料的选择、激励信号的选择打下基矗从能量角度对磁各向异性产生原因进行阐述，认为晶体产生磁各向异性的原因主要有磁晶各向异性能和应力能引起的，推导了无应力作用时晶体磁化率的分布规律，有应力时磁化强度的旋转规律。IsIsIsIsIsIsIsIsσ
【参考文献】：
期刊论文
[1]保障中俄东线天然气管道长期安全运行的若干技术思考[J]. 程玉峰. 油气储运. 2020(01)
[2]金属材料疲劳裂纹扩展机制及模型的研究进展[J]. 吴圣川,李存海,张文,康国政. 固体力学学报. 2019(06)
[3]基于磁各向异性方法的铁磁材料应力检测研究[J]. 李立新,邱忠超,高强,韩智明,洪利. 仪表技术与传感器. 2019(09)
[4]基于电磁加载的铝板残余应力在线检测方法研究[J]. 张闯,王标,曹晓琳,刘素贞,杨庆新. 中国电机工程学报. 2019(24)
[5]铁磁钢材应力致磁各向异性定量检测特性研究[J]. 张富臣,李红梅,景宗福,贾瑞清. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(05)
[6]2017年全球油气管道建设现状及发展趋势[J]. 祝悫智,李秋扬,吴超,赵明华,张斌,张玉志,赵振,张剑锋. 油气储运. 2019(04)
[7]钻孔法测量焊接残余应力误差因素分析[J]. 甘世明,韩永全,陈芙蓉. 焊接学报. 2018(10)
[8]磁巴克豪森应力检测仪研制[J]. 郑阳,沈功田,谭继东,张宗健. 传感技术学报. 2018(04)
[9]不同应力状态下大口径管道超声波传输规律[J]. 赵瑞华,李玉坤,林浩然,邰军,白桦,管志伟. 油气储运. 2018(06)
[10]长输油气管道弱磁应力内检测技术[J]. 闵希华,杨理践,王国庆,饶心,刘斌. 机械工程学报. 2017(12)
本文编号：2959899
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管道爆炸事故Fig.1.1Pipelineexplosionaccident
沈阳工业大学硕士学位论文12图2.290°畴壁和180°畴壁Fig.2.290°domainwalland180°domainwall磁畴界壁的厚度同样由磁场能、磁各向异性能、弹性能等共同决定，畴壁的位置的厚度主要取决的能量的最小稳定状态。根据原子磁矩转变方式的不同畴壁分为布洛赫畴壁和奈尔畴壁。1）布洛赫畴壁布洛赫畴壁是物理学家布洛赫在1932年首次提出的，磁畴间过渡层的概念，布洛赫畴壁如图2.3所示。图2.3布洛赫畴壁Fig.2.3Blochdomainwall图中，Is为磁化方向，δ为畴壁宽度。布洛赫畴壁的特点畴壁内的磁化方向在壁内进行逐渐旋转，磁畴界壁内的磁矩转变始终与磁畴平面平行。2）奈尔畴壁奈尔畴壁物理学家奈尔在1955年提出的，当晶体在某一方向的长度特别小，可以等效为二维平面时，布洛赫畴壁将不再适用，因为此时布洛赫畴壁将不利于畴壁能的下降，为了利于能量的下降，奈尔提出了另外一种畴壁，如图2.4所示。磁畴畴壁IsIsδ磁畴90度畴壁Is磁畴磁畴180度畴壁
沈阳工业大学硕士学位论文24a原始磁畴分布b应力作用下磁畴分布图2.12磁畴变化过程Fig.2.12Magneticdomainchangeprocess图2.12a中，在未施加应力前，磁畴之间的磁化强度相互抵消；当对铁磁性材料受到应力的作用后，如图2.12b所示，磁化强度方向将会向应力方向发生偏转，沿着应力方向的磁畴体积将会增大，与应力方向相反方向的磁畴体积将会减小，这将导致不同方向的磁导率发生明显的改变。2.5本章小结本章对铁磁学的基本概念进行了介绍，基于磁畴理论分析了磁化曲线和磁滞回线形成的原因及其曲线所代表的意义，为后期磁特性测量实验进行铺垫，为磁各向异性探头磁芯材料的选择、激励信号的选择打下基矗从能量角度对磁各向异性产生原因进行阐述，认为晶体产生磁各向异性的原因主要有磁晶各向异性能和应力能引起的，推导了无应力作用时晶体磁化率的分布规律，有应力时磁化强度的旋转规律。IsIsIsIsIsIsIsIsσ
【参考文献】：
期刊论文
[1]保障中俄东线天然气管道长期安全运行的若干技术思考[J]. 程玉峰. 油气储运. 2020(01)
[2]金属材料疲劳裂纹扩展机制及模型的研究进展[J]. 吴圣川,李存海,张文,康国政. 固体力学学报. 2019(06)
[3]基于磁各向异性方法的铁磁材料应力检测研究[J]. 李立新,邱忠超,高强,韩智明,洪利. 仪表技术与传感器. 2019(09)
[4]基于电磁加载的铝板残余应力在线检测方法研究[J]. 张闯,王标,曹晓琳,刘素贞,杨庆新. 中国电机工程学报. 2019(24)
[5]铁磁钢材应力致磁各向异性定量检测特性研究[J]. 张富臣,李红梅,景宗福,贾瑞清. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(05)
[6]2017年全球油气管道建设现状及发展趋势[J]. 祝悫智,李秋扬,吴超,赵明华,张斌,张玉志,赵振,张剑锋. 油气储运. 2019(04)
[7]钻孔法测量焊接残余应力误差因素分析[J]. 甘世明,韩永全,陈芙蓉. 焊接学报. 2018(10)
[8]磁巴克豪森应力检测仪研制[J]. 郑阳,沈功田,谭继东,张宗健. 传感技术学报. 2018(04)
[9]不同应力状态下大口径管道超声波传输规律[J]. 赵瑞华,李玉坤,林浩然,邰军,白桦,管志伟. 油气储运. 2018(06)
[10]长输油气管道弱磁应力内检测技术[J]. 闵希华,杨理践,王国庆,饶心,刘斌. 机械工程学报. 2017(12)
本文编号：2959899
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