弱磁場下鐵磁材料磁機械效應的理論和實驗研究.pdf

1、金屬磁記憶方法是針對鐵磁材料的一種新興無損檢測技術,該方法利用構件的表面磁場分布來評估材料的應力(應變)狀態(tài)。應力集中將會引起表面磁場的畸變。同其他磁性檢測技術相比,該方法不但可以用來準確確定應力集中的部位,而且不需要昂貴的磁化設備,不需要表面處理,檢測速度快,設備輕便等優(yōu)點,為無損評估技術在構件應力狀態(tài)的評估方面提供了新的方向,因此具有廣闊的應用潛力和研究意義。然而,磁記憶基礎理論研究的缺乏已嚴重制約了磁記憶技術的發(fā)展。
　　實

2、質上，金屬磁記憶研究的是地磁場下,機械應力或應變引起的磁性質的變化。該方法的本質是弱磁場下的磁機械效應。而對磁機械效應的研究已有100多年的歷史,形成了比較成熟的理論體系。磁機械效應是機械參量引起的磁化強度的變化。本論文針對磁記憶現象機理的模棱兩可,結合磁記憶檢測的實驗結果,基于磁機械效應的部分成果,建立了適合于材料不同的應力狀態(tài)下的磁化模型。具體來說,本文在以下幾個方面進行了探索和研究:
　　(1)為了將拉壓磁非對稱性并入到J-

3、A模型,彌補基本J-A模型在刻畫拉壓磁性非對稱性上的不足,分別考慮了應力退磁項、應力相關的釘扎系數、磁疇耦合系數以及應力依賴的飽和磁致伸縮系數等因素引起的拉壓磁性非對稱性。并入這些非對稱因素后,改進的J-A模型不僅能描述磁性檢測中的反轉現象和接近現象,更是增加了拉壓應力下的磁性非對稱性,改善了模型模擬結果的精度,特別是壓應力下的磁感模擬結果;
　　(2)塑性變形引起磁化變化的機制主要有三點,一就是塑性變形引起了位錯的大量增殖,二就

4、是塑性變形引起的磁塑性能,三就是塑性變形引起了殘余應力。為了描述磁化隨塑性變形的變化,將上述三種機制轉化成塑性變形對有效場和模型參數的影響,其中在有效場方面引入了殘余應力場和磁塑性場,在模型參數方面主要考慮了塑性變形對釘扎參數、磁疇耦合系數以及規(guī)劃系數的作用。模擬的結果顯示在塑性變形初期,磁化強度出現了“跳水”式的下降,隨后隨著塑性變形緩慢的減少,這與實驗結果非常的吻合;
　　(3)循環(huán)應力的磁化不僅要考慮磁化隨應力歷程的變化,還

5、應該考慮疲勞微觀損傷對磁化的作用。疲勞過程的各階段引起磁化變化的機制是不同的:疲勞的第 I階段,是一個循環(huán)軟化或硬化的階段,在模擬這一階段的磁化調整的過程中,考慮了軟化或硬化對釘扎系數和磁疇耦合系數兩個模型參量的影響;疲勞的第II階段,是疲勞的穩(wěn)定階段,這一階段的磁記憶參量也處于穩(wěn)定的水平,從每循環(huán)周次的損傷-熱和缺陷-鐵原子比的角度討論了這一階段的不可測度性;疲勞的第III階段,材料出現了宏觀的裂紋,磁記憶參量也出現了較大的變化,這一

6、階段主要考慮了宏觀裂紋位置處形成的強退磁場對磁化的作用;
　　(4)斷裂引起磁化出現了正負峰的突變,而且突變峰值的量級是其他變形階段無法比擬的。借助磁偶極子模型模擬了這種突變。基于硬度-位錯-磁偶極子分布一致的研究結果上，分別建立了拉伸斷裂和拉拉疲勞斷裂的位錯-磁偶極子模型:拉伸斷裂的磁偶極子分布是從遠處至斷口的線性增加,而拉拉疲勞斷裂的磁偶極子分布則只是在斷口有密集的存在。建立的模型不僅能很好的模擬拉伸斷裂與拉拉疲勞斷裂的正負峰