鐵磁構(gòu)件應力磁化及反轉(zhuǎn)效應的數(shù)值模擬與試驗研究.pdf

1、金屬磁記憶檢測技術是一種新型的磁性無損檢測方法，該方法能夠提前預測鐵磁材料的損傷程度，具有極大的應用潛能。本文依據(jù)金屬磁記憶檢測技術的基本原理和物理基礎知識，以數(shù)值模擬和試驗研究為研究手段，探索基于金屬磁記憶檢測技術的應力磁化及反轉(zhuǎn)效應的機理及其變化規(guī)律。
　　基于應力磁導率的力-磁耦合模型，利用有限元分析軟件ANSYS對V形缺口、半圓形缺口和V形與半圓形缺口并存的雙缺陷關聯(lián)的20＃鋼試件進行有限元仿真分析。仿真結(jié)果表明，在各試件

2、應力集中部位，漏磁場強度切向分量具有最大值，法向分量則改變符號且過零點。其中，不同的缺口形狀試件，缺口處附近應力集中程度也不相同，磁記憶信號分布則表現(xiàn)為峰值、峰-峰寬度的不同。試件應力分布云圖表明，雙缺陷關聯(lián)試件中心軸線部位存在比半圓形缺口和V形缺口試件更為明顯的應力集中現(xiàn)象。磁記憶信號法向分量梯度值K(z)對雙缺陷試件因關聯(lián)作用所產(chǎn)生的應力集中影響區(qū)域其評價特征將不再適用。
　　仿真結(jié)果還表明，各試件測量點處漏磁場與應力的變化關

3、系為折線關系，表現(xiàn)出先減小后增大的磁化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。試件上不同的測量點位置，應力磁化反轉(zhuǎn)效應特征量磁化反轉(zhuǎn)臨界點位置和漏磁場強度最大變化量ΔBmax有著不同的變化規(guī)律。其中，ΔBmax可表征試件測量點處對應力的敏感程度。最后，仿真分析了測量路徑、探頭提離高度對鐵磁構(gòu)件力磁效應的影響規(guī)律。
　　以含有不同角度的V形缺口20＃鋼平板試件為試驗對象進行拉伸試驗可知，處于不同變形階段的不同缺口角度的鐵磁構(gòu)件，磁記憶信號法向分量Hp(y)分布曲

4、線表現(xiàn)出不同的非線性程度與幅值大小；隨著構(gòu)件缺口角度的增大，Hp(y)幅值也隨著增大。分析可知，通過磁記憶分布曲線的特征可大致判斷受力試件所在的變形階段。
　　對軸承鋼40Cr鋼與20＃鋼的圓棒試件進行了應力磁化反轉(zhuǎn)效應的拉伸試驗，試驗結(jié)果表明：兩種鐵磁材料構(gòu)件漏磁場強度與拉應力的變化關系均表現(xiàn)出應力的磁化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。不同的鐵磁材料構(gòu)件，其變化關系曲線形狀有所不同，具體表現(xiàn)為磁化反轉(zhuǎn)特征磁化反轉(zhuǎn)極值點位置、漏磁場強度最大變化量ΔBm

5、ax變化規(guī)律的不同。其次，研究了磁化前歷效應對鐵磁構(gòu)件應力磁化反轉(zhuǎn)效應的影響規(guī)律?？芍?，磁化前歷效應并不影響應力磁化反轉(zhuǎn)極值點位置，只對漏磁場強度最大變化量ΔBmax值產(chǎn)生影響；其中，磁化方向?qū)Ζmax值的變化方向有影響，對其變化率無影響。
　　最后，建立了應力等效磁場模型和應力的磁導率模型的應力磁化反轉(zhuǎn)模型，都很好的反映了應力磁化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象及基本特征，這與試驗結(jié)果基本一致。
　　以上結(jié)論不僅豐富了金屬磁記憶檢測技術基礎理論