基于力磁耦合的应力测量机理及若干应用研究
发布时间：2020-12-25 23:04
由铁磁性材料制作的大型构件被广泛应用于大型基础设施和仪器设备中,铁磁构件的安全状态关乎人们的生命财产安全。利用磁性法对铁磁构件的应力状态进行监测具有便捷、准确、无损等优点,也是工程应用研究的热点之一。本文从铁磁性理论出发,从微观和宏观两个方面系统地探讨了力磁耦合机制,研究了力磁耦合模型,建立了力-磁-电的关系,并在此基础上系统地开展了磁特性与应力相关的理论研究、试验探索及工程实践。本文所做的主要工作与创新点如下:（1）从微观和宏观两个方面系统地研究力磁耦合机理,利用磁畴理论讨论了应力、外磁场作用下磁畴的运动规律和磁能分布;基于Jiles-Atherton模型讨论了力磁耦合机理,研究了应力致磁各向异性的变化规律,建立了磁导率与电压的耦合模型、应力与电压的耦合模型,证明了样品上的主应力差与九脚探头输出电压的正比关系。以此为基础,搭建了应力与磁特性测试系统,测试了应力对磁特性的影响。（2）利用有限元法优化了九脚探头的参数,得到了探头的输出电压随着探头长度增加而缓慢增加,铁损随着探头长度增加而线性增加的关系;获得了线圈的线径同阻抗及电感的反比关系,线圈的电压与频率及匝数的正比关系,线圈的感抗同...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生产事故案例图
、电耦合机理，根据课题所要研究的内容，在实验室搭建力、磁、电耦合测试系统，研究三者的耦合关系。在工程应用研究方面，基于力磁耦合与力电耦合原理，首先研究探头的输出电压同主应力差的关系，然后结合弹性力学、材料力学对主应力差进行分解，求解出应力沿坐标轴方向分量大小或第一主应力、第二主应力的大校结合一系列的试验测试与工程测试，将磁性法的结果分别与应变片法、有限元法的结果进行对照，验证磁性法的可行性和准确性，同时结合工程实践，将磁性法推广到全新的更加广泛的测试领域，本论文所研究的技术路线图如图1-2所示。图1-2技术研究路线图Figure1-2Researchroute1.6主要创新点(MainInnovations)本文基于铁磁性理论，微观上运用磁畴理论研究磁畴、畴壁、磁弹性能在应
2铁磁性材料力磁耦合理论分析112-1所示[114]，从而证明了磁畴理论的正确性。图2-1纯铁、硅铁、钴的磁畴结构Figure2-1Magneticdomainsofpureiron,siliconironandcobalt2.1.1畴壁能的近似计算根据磁畴理论和热力学定律，处于平衡态的磁畴满足系统的最小能量原理，即铁磁材料内部由交换能、磁各向异性能和退磁能构成的总自由能在平衡状态下最小，并且自发磁化方向总是沿着易磁化方向[121-122]。在两个相邻磁畴之间存在一个过渡层，该层为畴壁，它是铁磁材料内部自发磁化区域达到平衡稳定状态的结果。Bloch最早提出畴壁的概念，Neel在Bloch的基础上进行补充，畴壁之间存在畴壁能，主要由交换能和磁各向异性能构成。由于铁磁构件的几何形状和尺寸的限制会导致自发磁化的均匀性在构件的表面发生变化，从而产生退磁能，退磁能的增加会增大构件内部总的自由能，破坏铁磁构件内部的自发磁化平衡稳定状态。因此，为了维持铁磁构件内部自发磁化的稳定状态，需要尽可能的降低铁磁构件表面的退磁能。在铁磁材料内部，相邻的两个磁畴之间不能够直接交换能量，需要通过畴壁来传递。在畴壁内部，相邻的磁矩之间既不相互平行，也不和易磁化方向一致，而是逐渐的从一个磁畴的取向慢慢过渡到另一个磁畴的取向。图2-2为2种畴壁内原子磁矩方向改变示意图，畴壁内磁矩不平行会导致交换能的增加，不和易磁化方向一致，则会导致磁各向异性能的增加[123-124]。因此，畴壁需要一定的厚度来实现磁矩方向的缓慢过渡，并使由磁矩方向改变而增加的交换能与磁各向异性能的和最校
【参考文献】：
期刊论文
[1]对九脚探头磁导率、检测电压与应力相关性研究[J]. 魏明,马占国,殷春浩,徐振坤. 物理实验. 2019(08)
[2]我国移动模架造桥装备创新与发展[J]. 吕彭民. 建筑机械. 2019(08)
[3]盲孔法与环切法测试油管残余应力相关性探讨[J]. 熊茂县,杨莎莎,谢俊峰,姬丙寅,马磊,史交齐. 物理测试. 2019(03)
[4]移动模架单节吊装顶推拼装技术研究[J]. 赵志江,陈超. 建筑机械. 2019(05)
[5]基于九脚磁传感器的残余奥氏体测量技术[J]. 魏明,殷春浩,马占国,包科. 无损检测. 2019(04)
[6]钢结构制作及安装质量的控制分析[J]. 肖飞. 工程技术研究. 2019(07)
[7]钢桁梁桥主桁杆件厚板焊接残余应力空间分布试验研究[J]. 强斌,李亚东,顾颖,邹永丰. 铁道学报. 2019(03)
[8]一起塔吊倒塌事故的分析[J]. 虞伟杰,缪秋祥. 特种设备安全技术. 2019(01)
[9]基于磁巴克豪森原理的铁磁材料各向异性检测技术综述[J]. 康学良,董世运,汪宏斌,门平,徐滨士,闫世兴. 材料导报. 2019(01)
[10]基于表面磁感应强度的铁磁构件应力恒磁表征方法[J]. 邓东阁,左苏,武新军. 物理学报. 2018(17)
博士论文
[1]铁磁构件应力恒磁检测原理与方法研究[D]. 邓东阁.华中科技大学 2017
[2]金属磁记忆—磁巴克豪森噪声融合检测应力系统的研究及应用[D]. 舒迪.北京化工大学 2015
[3]基于磁各向异性特性应力测试的理论与方法研究[D]. 刘海顺.中国矿业大学 2008
[4]钢结构磁力耦合应力检测基本理论及应用技术研究[D]. 王威.西安建筑科技大学 2005
硕士论文
[1]磁性金属材料残余奥氏体测量方法研究[D]. 包科.西南石油大学 2017
[2]QY20型汽车起重机吊臂有限元分析及优化设计[D]. 陈亮.山东大学 2016
[3]汽车起重机结构优化研究[D]. 刘哲.兰州理工大学 2016
[4]随车起重机的结构分析和优化设计[D]. 刘玉江.河北工业大学 2016
[5]金属磁记忆检测系统的研究与设计[D]. 鲁欣萌.哈尔滨理工大学 2015
[6]材料磁性测量方法的基础研究[D]. 徐振坤.中国矿业大学 2014
[7]焊接接头残余应力的超声测量技术研究[D]. 陈天瑞.华东理工大学 2014
[8]QY50P汽车起重机吊臂系统研究[D]. 桓耀辉.长安大学 2013
[9]焊接残余应力磁各向异性九探头检测方法与实验研究[D]. 赵洲.北京化工大学 2012
[10]铁磁材料磁记忆应力检测技术力—磁关系机理研究[D]. 刘东旭.燕山大学 2010
本文编号：2938549
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生产事故案例图
、电耦合机理，根据课题所要研究的内容，在实验室搭建力、磁、电耦合测试系统，研究三者的耦合关系。在工程应用研究方面，基于力磁耦合与力电耦合原理，首先研究探头的输出电压同主应力差的关系，然后结合弹性力学、材料力学对主应力差进行分解，求解出应力沿坐标轴方向分量大小或第一主应力、第二主应力的大校结合一系列的试验测试与工程测试，将磁性法的结果分别与应变片法、有限元法的结果进行对照，验证磁性法的可行性和准确性，同时结合工程实践，将磁性法推广到全新的更加广泛的测试领域，本论文所研究的技术路线图如图1-2所示。图1-2技术研究路线图Figure1-2Researchroute1.6主要创新点(MainInnovations)本文基于铁磁性理论，微观上运用磁畴理论研究磁畴、畴壁、磁弹性能在应
2铁磁性材料力磁耦合理论分析112-1所示[114]，从而证明了磁畴理论的正确性。图2-1纯铁、硅铁、钴的磁畴结构Figure2-1Magneticdomainsofpureiron,siliconironandcobalt2.1.1畴壁能的近似计算根据磁畴理论和热力学定律，处于平衡态的磁畴满足系统的最小能量原理，即铁磁材料内部由交换能、磁各向异性能和退磁能构成的总自由能在平衡状态下最小，并且自发磁化方向总是沿着易磁化方向[121-122]。在两个相邻磁畴之间存在一个过渡层，该层为畴壁，它是铁磁材料内部自发磁化区域达到平衡稳定状态的结果。Bloch最早提出畴壁的概念，Neel在Bloch的基础上进行补充，畴壁之间存在畴壁能，主要由交换能和磁各向异性能构成。由于铁磁构件的几何形状和尺寸的限制会导致自发磁化的均匀性在构件的表面发生变化，从而产生退磁能，退磁能的增加会增大构件内部总的自由能，破坏铁磁构件内部的自发磁化平衡稳定状态。因此，为了维持铁磁构件内部自发磁化的稳定状态，需要尽可能的降低铁磁构件表面的退磁能。在铁磁材料内部，相邻的两个磁畴之间不能够直接交换能量，需要通过畴壁来传递。在畴壁内部，相邻的磁矩之间既不相互平行，也不和易磁化方向一致，而是逐渐的从一个磁畴的取向慢慢过渡到另一个磁畴的取向。图2-2为2种畴壁内原子磁矩方向改变示意图，畴壁内磁矩不平行会导致交换能的增加，不和易磁化方向一致，则会导致磁各向异性能的增加[123-124]。因此，畴壁需要一定的厚度来实现磁矩方向的缓慢过渡，并使由磁矩方向改变而增加的交换能与磁各向异性能的和最校
【参考文献】：
期刊论文
[1]对九脚探头磁导率、检测电压与应力相关性研究[J]. 魏明,马占国,殷春浩,徐振坤. 物理实验. 2019(08)
[2]我国移动模架造桥装备创新与发展[J]. 吕彭民. 建筑机械. 2019(08)
[3]盲孔法与环切法测试油管残余应力相关性探讨[J]. 熊茂县,杨莎莎,谢俊峰,姬丙寅,马磊,史交齐. 物理测试. 2019(03)
[4]移动模架单节吊装顶推拼装技术研究[J]. 赵志江,陈超. 建筑机械. 2019(05)
[5]基于九脚磁传感器的残余奥氏体测量技术[J]. 魏明,殷春浩,马占国,包科. 无损检测. 2019(04)
[6]钢结构制作及安装质量的控制分析[J]. 肖飞. 工程技术研究. 2019(07)
[7]钢桁梁桥主桁杆件厚板焊接残余应力空间分布试验研究[J]. 强斌,李亚东,顾颖,邹永丰. 铁道学报. 2019(03)
[8]一起塔吊倒塌事故的分析[J]. 虞伟杰,缪秋祥. 特种设备安全技术. 2019(01)
[9]基于磁巴克豪森原理的铁磁材料各向异性检测技术综述[J]. 康学良,董世运,汪宏斌,门平,徐滨士,闫世兴. 材料导报. 2019(01)
[10]基于表面磁感应强度的铁磁构件应力恒磁表征方法[J]. 邓东阁,左苏,武新军. 物理学报. 2018(17)
博士论文
[1]铁磁构件应力恒磁检测原理与方法研究[D]. 邓东阁.华中科技大学 2017
[2]金属磁记忆—磁巴克豪森噪声融合检测应力系统的研究及应用[D]. 舒迪.北京化工大学 2015
[3]基于磁各向异性特性应力测试的理论与方法研究[D]. 刘海顺.中国矿业大学 2008
[4]钢结构磁力耦合应力检测基本理论及应用技术研究[D]. 王威.西安建筑科技大学 2005
硕士论文
[1]磁性金属材料残余奥氏体测量方法研究[D]. 包科.西南石油大学 2017
[2]QY20型汽车起重机吊臂有限元分析及优化设计[D]. 陈亮.山东大学 2016
[3]汽车起重机结构优化研究[D]. 刘哲.兰州理工大学 2016
[4]随车起重机的结构分析和优化设计[D]. 刘玉江.河北工业大学 2016
[5]金属磁记忆检测系统的研究与设计[D]. 鲁欣萌.哈尔滨理工大学 2015
[6]材料磁性测量方法的基础研究[D]. 徐振坤.中国矿业大学 2014
[7]焊接接头残余应力的超声测量技术研究[D]. 陈天瑞.华东理工大学 2014
[8]QY50P汽车起重机吊臂系统研究[D]. 桓耀辉.长安大学 2013
[9]焊接残余应力磁各向异性九探头检测方法与实验研究[D]. 赵洲.北京化工大学 2012
[10]铁磁材料磁记忆应力检测技术力—磁关系机理研究[D]. 刘东旭.燕山大学 2010
本文编号：2938549
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