α-Fe磁力学效应的第一性原理计算
[Abstract]:Ferromagnetic metal materials such as iron and steel are widely used in various industries, especially in petrochemical, aerospace, railway construction and other fields. During the long service of metal members, due to the effect of fatigue load, the metal materials will undergo the process of elastic deformation, yield and plastic deformation, which will eventually lead to the production of crack defects, resulting in the failure of ferromagnetic metal members. Plastic deformation, as an early form of crack defects, can effectively detect the plastic deformation zone of members and avoid the occurrence of large sudden accidents. As one of the most promising new nondestructive testing techniques in the 21st century, metal magnetic memory testing technology can be used to detect stress and deformation concentration areas of metal components quickly and effectively. At present, this technology has been successfully applied in the fields of pipeline, boiler and rail stress detection. However, because of the complex influence of magnetic force effect, the magnetic memory signal is easily disturbed by the parameters of the metal component itself and the external environment, so the characteristics of the magnetic memory signal before and after the stress concentration reach the critical yield point are not clear. Furthermore, the service life of ferromagnetic metal components can not be accurately evaluated and predicted. Based on the theory of solid energy band, the magnetic coupling model of ferromagnetic crystals is established. The crystal structure and magnetic memory signal characteristics of ferromagnetic crystals before and after the stress concentration reaches the critical yield point are studied microscopically. The mechanism of magnetic memory phenomenon is analyzed systematically. The changes of lattice structure, atomic magnetic moment, electron spin density, differential charge density and energy band structure with stress are calculated by using the first-principle method based on density functional theory. The critical stress values of Fe crystal transition from bcc structure to hcp structure are calculated. The theoretical results show that the stability of crystal structure is affected by the interatomic binding force. When the stress increases, the interatomic adhesion decreases and the stability of crystal structure weakens. When the stress concentration reaches a certain degree, the phase transition will take place in Fe crystal, the critical stress of phase transition is about 10.5 GPA, the crystal structure will change and the magnetic properties of the system will change. In order to verify the results of theoretical research, this paper designs the test of steel tube compression, uses high precision flux gate sensor to collect the magnetic memory signal, and measures the magnetic memory signal under different pressure. The changes of magnetic memory signals before and after magnetization and in different lifting states; A systematic experimental study was carried out to quantitatively analyze the variation characteristics of magnetic memory signals before and after yielding. The experimental results show that the magnetic memory signal has a one-to-one correspondence with the stress, the external strong magnetic field can cover the magnetic memory signal, but it will not destroy the magnetic memory signal, the lifting value will not affect the detection results in a certain range. When the stress concentration reaches the yield strength of the material, the curve of magnetic memory signal appears inflection point and the slope of the curve changes. The theoretical results of this paper are in good agreement with the experimental results.
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O469
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本文编号:2429576
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