邸新杰[1]2004年在《焊接裂纹金属磁记忆漏磁场特性的研究》文中进行了进一步梳理随着焊接结构向高参数及大型化方向发展,其工作条件日益苛刻、复杂,焊接设备能否安全可靠的正常运行是涉及国家财产和人民生命安全的重大问题,对这些设备进行质量鉴别、工作安全性和寿命评价,防止事故发生,具有重大社会和经济效益。金属磁记忆检测技术是无损检测领域的一门新兴学科,它是利用在地磁场条件下结构自身发出的信息进行检测的一种无损检测方法。其基本原理是铁磁性构件在应力和地磁场的共同作用下,在应变集中区发生了磁畴组织的不可逆的重新取向,这种磁状态的不可逆变化与最大应力有关,并且不随应力的消失而消失。本文研究了金属磁记忆信号随检测时间和检测空间的变化规律,指出在焊接条件下,当焊缝冷却到室温以后,残余应力的“磁记忆”已经形成,检测结果没有变化;检测信号受到空间因素的影响,当远离裂纹达到一定距离时,将检测不到裂纹的存在。裂纹磁记忆信号特征的研究是磁记忆检测技术向定量化方向发展的关键问题,本文使用小波去噪和傅立叶变换的方法,将去噪后的信号进行分解,找到了确定裂纹是否存在的判椐。应力是与磁记忆信号关系最为密切的因素,本文研究了应力与裂纹的角度、长度及埋深的关系,指出随着埋深的增加,最大主应力有增大的趋势;长度因子与最大主应力呈叁次方关系;角度对于应力的影响较为复杂,在达到极值点以前,应力随角度的增加而增加,超过极值点时,随角度的增加,应力下降。在此基础上建立了应力与磁记忆漏磁场的关系模型和实验条件下X65钢磁弹性效应不可逆分量的模型,并通过实验进行了验证。
黄炳炎[2]2007年在《焊接裂纹磁记忆效应力磁耦合的数值模拟研究》文中认为随着国家能源战略的实施,一大批技术难度高、质量要求严的长输油管道和储备罐先后投入使用。由于这些特种设备结构及焊接过程的复杂性,在制造和使用过程中焊缝不可避免的会产生应力集中,诱发疲劳裂纹扩展,影响设备的安全性能和使用寿命,甚至造成重大事故。因此,确定这些设备应力集中分布和大小,对其进行早期诊断,评估其安全性能和寿命,具有重要的经济和社会意义。金属磁记忆检测技术是利用铁磁材料的逆磁致伸缩效应对铁磁材料的应力进行检测的一种新型无损检测方法。它从铁磁构件表面拾取地磁场作用下的反映应力集中情况的漏磁场信息,从而实现对铁磁构件进行早期损伤评估。本文设计了承压管道试验,对各种埋深、尺寸裂纹处焊缝进行了金属磁记忆检测。随后在建立的力磁耦合模型基础上,利用ANSYS软件研究了试验承压管道焊接裂纹应力应变场及其金属磁记忆行为。有限元分析结果表明裂纹附近应力和漏磁场空间分布规律相一致,应力分布决定了漏磁场的分布。有限元应力场分析表明在裂纹尖端存在一定的应力集中,距离裂纹尖端越远,应力水平逐渐下降,最终稳定在基准应力左右;裂纹附近等效应力SEQV随压力增大变化放缓;裂纹尺寸大小对裂纹尖端应力集中情况影响不大;裂纹埋深主要影响应力集中空间分布。漏磁有限元分析表明裂纹表面漏磁场值随压力增加而增加,弹性阶段增加显着,当裂纹尖端达到塑性变形阶段时则增加极其缓慢;裂纹尺寸对表面漏磁场值影响不大,不过随尺寸增大,漏磁场先增加后减小;随裂纹埋深增加,表面漏磁场迅速减小。最后,比较了有限元分析结果和磁记忆试验检测结果,在裂纹尺寸、埋深对裂纹表面处漏磁场影响规律上磁记忆有限元分析结果与实测漏磁场信号有较好的一致性,说明借助有限元数值模拟,可以较准确地分析出焊接裂纹应力集中及其磁记忆行为。
王亮[3]2017年在《基于磁记忆的建筑钢结构焊接试件弯曲试验研究》文中进行了进一步梳理在建筑钢结构领域中,主要连接方式有焊缝连接、螺栓连接与铆接连接,焊缝连接是其中一种极为重要连接方式。但由于焊接工艺非常复杂,操作难度很高,在对试件焊接过程中,不可避免会在焊缝处产生一些焊接缺陷或者应力集中,这会使结构构件的安全性和可靠性都大大降低,使用寿命也会随之减小,故而,能够提前发现这些焊接缺陷或试件损伤,能够对结构构件的早期健康进行有效检测,对我们社会生活的影响至关重要。金属磁记忆无损检测技术不仅是一种新型无损检测技术,更是二十一世纪最有发展前景的无损检测技术之一。它的作用原理是利用了金属材料内部应力集中区在地磁场作用下表面散射磁场的特性,在发现材料早期损伤或缺陷方面具有巨大的潜力。该检测技术对焊缝的检测具有独特优势,不仅能够检测出已经存在的宏观缺陷,对于存在应力集中或损伤区域的检测也非常有效。本文将理论与试验相结合,重点研究基于材性的建筑钢结构焊接试件叁点受弯试验,通过使用厦门某电子公司生产的智能磁记忆检测仪EMS-2003型,测量含有缺陷试件表面焊缝处的漏磁场法向分量。由于检测的磁记忆信号非常弱(属于弱磁场信号),很容易受到外界环境干扰信号的干扰,影响试验结果分析,所以本文先通过小波包法对测得磁信号进行降噪处理,以将信号从噪声中分离出来,然后对不同应力作用下磁记忆信号的变化规律进行分析,以提出适用于建筑钢结构焊接试件的损伤判定方法。试验结果表明,磁记忆信号强度Hp(y)在应力集中部位出现“波峰”或者“波谷”现象,且随着荷载逐渐增大,yHp)(具有先减小,进入塑性阶段后发生反转,再逐渐增大的规律;磁记忆信号梯度K在应力集中部位出现“峰-峰”值变化且具有极大值,且K值在此处变化最为剧烈;区域信号极大值与极小值差值的绝对值“峰-峰值”Hpp(y)的最大值常常出现在试件预制缺陷附近区域;Hp(y)~F曲线在试件所加荷载由弹性进入塑性的界限附近出现“拐点”。这些规律表明用磁记忆无损检测方法发现焊接弯曲试件损伤是有效可行的。
徐明秀[4]2012年在《铁磁材料疲劳过程中的磁效应研究》文中研究指明疲劳破坏是工程中常见的材料失效方式，材料的疲劳损伤评估研究具有重要意义。金属磁记忆技术在铁磁材料的疲劳损伤评估上极具潜力，但由于缺乏足够的理论支撑，定量评估困难，影响该技术的应用。因此，研究疲劳过程中的磁记忆产生机制研究是推进该技术应用的关键任务。磁记忆现象是材料在地磁场、应力和材料微观结构等共同作用下产生的磁性能改变在材料表面的体现，力-磁效应、位错磁化效应和漏磁效应是与疲劳过程中与磁记忆现象相关的主要的叁种磁效应。本文针对这叁种效应，设计一系列疲劳试验，以理论与试验相结合的方式研究疲劳过程中磁记忆现象的产生机制和变化规律。考虑恒定磁场和循环应力的共同作用，建立了适合描述疲劳过程中材料磁化特性的力-磁效应模型。首先，分析了循环应力下的磁化特性，构造了磁化稳定状态M_0；然后，借鉴J-A理论的思想，构造了适合描述疲劳过程中材料磁化特性的J-A-F模型。结果表明，在地磁场和循环应力的作用下，材料磁化逐渐到达稳定状态M_0，与试验结果符合；M_0在一个载荷循环内沿一个环线变化，并且曲线形状随应力范围、外加磁场强度、钉扎参数k1的变化呈规律性变化；J-A-F模型比原模型更能描述拉、压应力产生的不同磁化特征，能更合理地解释实验中观察到的磁化强度随应力变化的速率改变符号的现象；J-A-F模型可以通过钉扎参数k1的变化来描述疲劳过程中的磁化改变。考虑疲劳损伤过程中位错对畴壁运动的影响，建立了M_0与位错之间的关系，用M_0描述位错对磁化的影响。首先，对不同疲劳阶段的塑性变形、位错、磁记忆信号变化进行同步实验研究，并分析叁者的关系。然后，考虑局部平衡状态M_0受位错密度、位错结构和塑性应变的影响来表征位错磁化效应。结果表明，高应力疲劳过程分为快速塑性变形、平稳塑性变形和快速断裂3个阶段；在第一阶段位错密度和结构同时变化，使得磁记忆信号快速变化，在第二阶段只有位错结构的变化，磁记忆信号缓慢变化。位错密度及位错平均位移影响应力范围、钉扎参数k1；随损伤发展而变大，使得磁记忆信号增加。因为位错变化在宏观上表现为塑性变形，位错对磁化的作用可用塑性应变表示。因为磁记忆现象是材料损伤造成的磁性能改变的外在反映，建立了损伤区域的漏磁模型，描述磁记忆信号变化。首先，从磁荷观点分析磁记忆信号的产生和组成；然后，考虑疲劳过程中材料损伤集中在一个区域、裂纹在这个区域萌生并发展，建立漏磁模型；接着，通过磁荷密度表达式把M_0和漏磁场联系起来。结果表明，磁记忆信号的变化由损伤区的漏磁场变化引起；损伤区漏磁场切向分量分布呈小山峰形状、法向分量分布呈斜坡状，切向信号数值及法向信号分布梯度随损伤发展而变大，裂纹产生使得裂纹位置的磁场波动。损伤区的磁荷密度与M_0变化趋势相同，所以M_0能用于表征裂纹出现前的磁记忆信号变化；裂纹的磁荷密度比损伤区的大很多，使得裂纹产生的漏磁信息能在总漏磁场上反映出来，所以疲劳后期磁记忆信号突变。对比疲劳过程中的塑性应变、硬度与磁记忆信号的变化特点，得出磁记忆信号比塑性应变、硬度对材料损伤敏感，磁记忆信号更适合用于疲劳损伤检测。结合叁种磁效应，建立了材料表面磁记忆信号与应力、塑性应变和裂纹影响因子之间的关系，以及卸载状态下的磁信号Hp与塑性应变p及裂纹影响因子g的关系。结果表明，表面磁记忆信号受应力、损伤情况、材料特性、加载情况、环境磁场等影响，并随塑性应变及裂纹尺寸变化；Hp与及g之间的量化关系式能描述磁信号在疲劳过程中的变化，并能解释疲劳后期磁信号变化趋势不同的现象。
孙燕华[5]2016年在《Q245R钢磁特性对应力的映射规律研究》文中研究说明Q245R钢是一种常见的压力容器钢板,具有生产工艺简单、价格低廉、工艺性能良好的特点,被广泛的应用于化工、石油等行业。为判断在役设备的实际受力情况,预防断裂故障和防止重大恶性事故的发生,对构件实施定期的应力检测和评估就非常重要。作者对Q245R钢板在不同热处理状态及不同受力情况下的磁特性变化规律进行了分析研究,并提出基于磁特性参数测量的Q245R钢应力状态检测方法。对钢板取样后分别进行正火、退火和时效热处理,同时加以腐蚀及预制缺陷处理。使用TSC-2M-8型多通道磁记忆测试仪对加载状态下的试样进行表面磁场检测,同时使用MC-04-2型多参数矫顽力测试系统对相同状态试样进行磁化特性参数测试。对不同预处理状态下的拉伸试样,分别在无外加磁场及饱和磁化的条件下施加拉伸应力,测试试样表面磁场强度值。在无外加磁场情况下,发现应力小于屈服点时交货态无缺陷拉伸试样磁场强度绝对平均值│Hp-1med│随着拉伸应力的增大而逐渐减小,总体趋势呈明显线性关系。对含缺口试样,在拉伸应力低于材料的屈服强度时,磁场强度最大值与拉伸应力之间呈线性关系。可利用磁场强度值与应力的对应关系对在役承压设备的受力状态进行检测。饱和磁化后,正火、退火以及腐蚀等状态试样随着拉伸应力的增大,表面磁感应强度也会随之增大；接近屈服应力时,试样表面磁感应强度出现突降点。通过材料磁化特性参数与应力之间的对应关系,获得磁化特性参数表征材料应力状态的规律。平行于拉伸方向磁化时,应力促进磁畴的位移,材料易于磁化,其矫顽力值小于垂直拉伸方向。小于材料的屈服点时,矫顽力值无太大变化,当应力超过屈服点之后,材料内部磁晶及磁应力各向异性、微观缺陷等均会发生改变,矫顽力也会发生突变,即在屈服点之前所测得的Hc值可以用来确定材料是否处于安全状态。通过对测试数据分析拟合得出矫顽力对应力的映射函数,利用矫顽力的值来评估材料当前所处的应力范围。同时对其它磁化特性参数进行数据分析,得出其它磁性参数对应力的映射规律。通过对容器耐压试验过程中矫顽力的检测发现在应力小于60MPa时,容器矫顽力的值随耐压试验压力增加略为降低。而由于材料所受环向拉应力大于径向拉应力,在沿环向测试时所得数据会比沿径向所测数据大。要利用磁化特性参数精确的映射出材料的应力状态,还需要进行更多试验以提取磁参数-应力对应关系,方便快捷的判断材料当前的应力水平,评估材料的安全性能。
严春妍[6]2005年在《焊接裂纹的金属磁记忆信号特征判据的研究》文中研究指明随着焊接结构向着大型化、高容量、高参数方向发展,焊接结构的工作条件越来越苛刻,且往往未到一个常规检测周期就可能已经发生损坏,并造成严重的后果和损失。大量的铁磁性构件,特别是锅炉压力容器、管道、桥梁、铁路、汽轮机叶片、转子和重要焊接部件等,作为受力构件在使用过程中都会承受不同程度的疲劳载荷,在应力集中的诱导下,往往会引发疲劳裂纹的产生,造成焊接结构的早期破坏。金属磁记忆检测技术是无损检测领域的一门新兴学科,它的基本原理是利用在应力作用下金属结构局部应力集中区产生的漏磁场信息检测裂纹,是目前为止唯一能够对铁磁性构件进行早期损伤程度评估的无损检测新技术。由于采用金属磁记忆技术对裂纹进行检测的信号复杂,其信号的识别过分依赖人的经验,这势必阻碍着该技术在工程中的推广应用。为了推动金属磁记忆检测方法在焊接质量检测中的定量化应用,本文对焊接裂纹的金属磁记忆特征进行了研究。本文通过自行设计的拉伸试验,对有裂纹及无裂纹的试件进行了金属磁记忆信号的检测,并采用了功率谱估计等多种信号处理方法,对金属磁记忆信号进行了处理,研究了信号的特征。确定出原始信号的最大最小值的差值Deta,以及细节分量信号的最大值HdMax,最大最小值的差值dDeta,Burg法功率谱估计最大值,信号的4尺度小波分解后第一尺度上细节分量FFT幅频最大峰值这五个特征量为MMM检测信号的特征量。随后,采用试验验证了五个特征量的真实可靠性,并采用主成分分析方法,建立了这些特征量所表示的焊接裂纹的MMM检测信号特征的模型,找到了分别表示本质信号特征量的来源和应力集中程度的两个主成分,并对模型进行了检验。结果表明,利用提取出的信号的特征,可以实现裂纹有无的判断。
邸新杰[7]2007年在《焊接裂纹的金属磁记忆信号定量化特征研究》文中研究表明焊接裂纹是导致油气管道焊接接头失效的最危险的因素之一,因此对焊接裂纹进行检测是无损检测技术的一个重要应用。金属磁记忆检测技术作为一种新型的无损检测方法,利用了材料内部应力集中与表面散射磁场的关系,在材料早期损伤的无损检测应用中具有很大的潜力。本文针对金属磁记忆检测技术中焊接裂纹定量化检测的技术难题,利用现代信号处理和神经网络技术,在理论分析和大量试验的基础上,对应力集中与金属磁记忆信号之间的关系以及焊接裂纹的金属磁记忆信号特征进行了深入的研究,取得的主要结论和创新成果如下。研究了材料内部应力集中与金属磁记忆信号之间的关系。引入了磁场梯度指数的概念,建立了铁磁材料内部应力集中极限状态的确定方法,并确定了X70管线钢的临界磁场梯度指数;通过金属磁记忆信号的幅值谱熵,研究了材料内部应力水平对幅值谱熵的影响,可以通过幅值谱熵与磁记忆信号的关系确定材料内部应力的状态;研究了材料内部的应力水平与其金属磁记忆信号的关联维数之间的关系,随着应力水平的增加,金属磁记忆信号的关联维数降低。当材料进入塑性状态时,其金属磁记忆信号的关联维数在1.3以下。提取了焊接裂纹的金属磁记忆信号特征。利用金属磁记忆信号的小波能量研究了焊接裂纹金属磁记忆信号的尺度谱线特征和空间谱线特征。利用小波分解的方法提取了金属磁记忆信号的细节分量,对细节分量进行离散傅里叶变换后,其幅值的大小可以作为反映材料应力集中程度的一个特征,可以将裂纹与一般应力集中区分开来;对焊接裂纹的金属磁记忆信号空间波形特征以及微分处理后的特征进行了研究,并利用这些特征率先实现了焊接裂纹的定量化检测。利用焊接裂纹的金属磁记忆信号特征作为输入量,建立了用于焊接裂纹的神经网络识别模型,实现了焊接裂纹的定量化智能识别;利用VB6.0和Matlab混合编程技术,通过ActiveX自动化技术实现了VB与Matlab的连接,成功开发了焊接裂纹的金属磁记忆定量化检测系统。
王洪现[8]2017年在《基于磁记忆的建筑钢结构焊接试件拉伸试验研究》文中认为日前,我国钢结构建筑蓬勃发展,钢结构建筑越来越多,而钢结构之间的连接有很大一部分采用的是焊接连接方式,在焊缝施工中和结构使用过程中难免会出现缺陷和损伤,这都会使结构的安全性和耐久性大大降低,因此,如何识别这些缺陷和损伤,在整个钢结构建筑中就显得尤为重要。金属磁记忆检测技术至今发展了二叁十年,对结构是否存在缺陷能够做出有效判断,研究表明其对焊缝的质量检测也是适用的。目前金属磁记忆检测技术对焊缝缺陷的判断还处在初级阶段。本文通过Q345钢材拉伸试验,利用金属磁记忆检测仪EMS-2003进行检测,分析比较有缺陷试件和无缺陷试件在各级荷载下漏磁场信号的变化规律,结合金属磁记忆检测原理,分析应力和漏磁场信号之间的关系,找出可以判断试件有无缺陷的依据,试验结果表明,在试件拉伸过程中,磁信号随着荷载的增大而增大,信号梯度值也随着增大,无缺陷试件没有“峰-峰值”,而有缺陷试件出现“峰-峰值”,且“峰-峰值”随荷载呈线性变化,在弹性阶段和塑性阶段之间出现“拐点”,可以作为确定试件是否有缺陷的依据,以及是否从弹性阶段进入到塑性阶段。有缺陷试件的“峰值宽度”在整个加载的过程中都保持很好的稳定性,“峰值宽度”在20~30mm之间,可用来确定缺陷的位置。通过对比有缺陷试件和无缺陷试件表面磁场信号,分析焊缝缺陷与磁信号之间的关系,都有过零点现象,但是位置不固定。断裂后,试件的磁信号呈现出相同的变化规律,在裂缝处两边的信号幅值增大符号相反,可以用来确定试件裂缝位置。另外,本文还利用信息熵的理论对试验结果进行了分析,得出有缺陷试件和无缺陷试件的相对谱熵带和奇异谱熵带都能有效的区分,可以用来判断试件是否存在缺陷。通过以上试验结果,可以得出金属磁记忆检测方法可以有效识别焊缝的缺陷,是一种切实可行的方法。
高波[9]2017年在《力磁效应在建筑钢板件中的有限元仿真及试验研究》文中进行了进一步梳理传统的无损检测技术虽然在钢结构工程领域得到广泛应用,但它们只能对宏观缺陷进行检测,不适于结构的早期损伤检测。自20世纪问世以来,金属磁记忆(Metal Magnetic Memory)技术引起了国际无损检测学界的广泛关注,有望在结构的早期检测方面发挥巨大的潜力,该技术基于铁磁材料的磁机械效应和磁弹效应原理,通过检测应力或应变集中区的漏磁场感应强度的变化(力磁效应)来实现早期检测。本文将基于金属磁记忆检测技术,以有限元分析和试验研究为手段,研究了钢试件不同载荷磁记忆信号的变化规律。主要工作如下:(1)分析了铁磁材料磁记忆检测的基本理论,并通过含浅槽Q345B钢板件的单轴拉伸试验,验证了金属磁记忆检测技术应用到建筑钢结构检测中的可行性分析。铁磁试件漏磁信号法向分量的基本变化规律是,初始阶段呈无规则变化,弹性阶段呈线性变化,塑性阶段呈非线性变化,断裂阶段出现过零点和峰-峰值现象。(2)在试验研究的基础上,利用ANSYS软件对二维和叁维模型进行了相关的有限元计算,并对缺陷处漏磁场强度随模型尺寸的变化进行了数值模拟研究。结果表明:二维有限元模拟的磁记忆信号和试验结果尽管在幅值范围上有些误差,但二者数据基本吻合具有一致的变化规律,并且叁维模型和二维模型的漏磁信号法向分量幅值接近。提离值高度和缺陷宽度对漏磁信号法向分量和切向分量影响显着,而缺陷深度和缺陷角度则不然。(3)对Q345B焊接钢板件进行了单轴拉伸试验和叁点弯曲试验,得出:单轴拉伸试验中,有焊接缺陷试件发生脆性断裂而没有进入塑性阶段,其漏磁信号法向分量Hp(y)在焊缝处出现双峰现象,无焊接缺陷试件在焊缝处出现裂纹,其漏磁信号法向分量曲线连续无双峰现象;叁点弯曲试验中,有焊接缺陷试件的受拉面和受压面具有相同的变化趋势,无焊接缺陷试件亦然;单轴拉伸试验和叁点弯曲试验中,面积SH和Pearson相关系数r可有效表征漏磁信号的变化趋势。(4)采用基于支持向量机的分类方法对钢焊接钢板件进行了缺陷识别研究。结果表明:支持向量机方法能有效地对焊接试件的缺陷类别进行分类,并且各个核函数的准确率存在一定的差异;高斯径向基核和线性核普遍比多项式核的缺陷识别准确度高。
邢海燕[10]2007年在《基于磁记忆技术的疲劳损伤评估及寿命预测》文中指出疲劳损伤是造成机械零构件失效的主要原因,如何及时地进行可靠的疲劳损伤评估及寿命预测,防止重大事故发生,是当前迫切需要解决的问题。疲劳损伤是一个从萌生到扩展不断累积、发展的过程,伴随着疲劳损伤的演化,材料的磁化特性不断发生改变,靠近疲劳损伤处的磁阻增加,磁导率下降。新兴的金属磁记忆技术,正是基于铁磁材料在地磁场和疲劳载荷作用下磁化特性的改变,不但能够检测塑性变形及宏观裂纹,而且能够可靠探测早期应力集中,克服了传统无损检测方法对损伤萌生无法检测的不足,在疲劳损伤评估方面极富开发潜力。同时,疲劳损伤的评估不仅依赖于先进的无损检测技术,还必须结合疲劳损伤的细观显微观测手段,从宏观和细观相结合的角度,探求疲劳损伤微观演化的宏观特征,才能进行可靠的损伤评估和寿命预测。本文的目的是将金属磁记忆技术引入疲劳损伤与寿命评估领域,从宏观和细观相结合的角度,整合磁记忆检测和CCD视频显微观测手段,发展一种新的疲劳损伤测试方法,研究疲劳损伤萌生和扩展微观演化机制下的磁记忆宏观表征规律,建立基于磁记忆参数的疲劳裂纹萌生寿命模型,探索涵盖物理短裂纹和长裂纹在内的裂纹扩展速率与磁记忆相关性模型,进行基于磁记忆技术的疲劳损伤评估和全寿命预测。本文的主要研究内容如下:首先基于量子力学的交换能理论,研究了铁材料的自发磁化特性。在此基础上,从热力学方程导出的压磁效应关系,研究了单个疲劳周期下的磁记忆效应,并进一步从铁磁材料自发磁化特性、磁畴理论、铁磁学能量平衡理论,研究了多周期循环应力作用下的磁记忆机理。根据磁畴理论,在磁偶极子模型的基础上,研究了磁记忆检测原理。应用疲劳损伤磁记忆——显微观测试验方法,对45号调质钢和Q235钢叁点弯曲试样,进行了不同载荷和应力比下疲劳裂纹萌生试验;在有限元仿真计算的基础上,从裂尖纵向、横向及叁维角度,综合研究了微裂纹萌生阶段、叁点弯曲试样正应力和切应力分布与磁记忆信号分布的对应关系;结合位错理论和磁弹性耦合理论,给出了裂纹萌生微观机制下的磁记忆表征规律,研究分析了临界裂纹萌生时的磁记忆特征信号。根据裂纹成核和磁畴自发磁化的相变原理,铁磁材料疲劳裂纹萌生过程的能量变化遵循Gibbs自由能最小原理,以裂纹成核前后能量涨落为切入点,建立了裂纹萌生寿命与磁记忆参数、材料细观组织参数、载荷条件的相关模型。试验验证结果表明,该模型与试验结果具有较好的一致性。应力强度因子范围和裂纹扩展速率是裂纹扩展评估的两个重要参量,根据物理短裂纹扩展的特异性,采用有效应力强度因子范围ΔK eff来描述裂纹扩展速率,结合裂纹闭合效应的分析,将长裂纹扩展分析方法延伸到物理短裂纹阶段;通过疲劳裂纹扩展与磁记忆效应相关性试验,获得了45号调质钢和Q235钢在不同载荷和应力比下,从物理短裂纹到长裂纹扩展的磁记忆信号与有效应力强度因子范围的关系;按物理短裂纹扩展、长裂纹稳态扩展、长裂纹失稳扩展叁个阶段,详细研究了有效应力强度因子范围ΔK eff、裂纹扩展速率da/ dN与磁记忆信号Hp (y)的相关性,以新的磁特性角度将物理短裂纹与长裂纹的扩展研究统一起来。利用最小二乘法,建立了涵盖了物理短裂纹和长裂纹在内的裂纹扩展速率da / dN与磁记忆信号Hp (y)的相关性定量模型,验证试验表明预测值与实测值一致性比较好,尤其在长裂纹稳态扩展阶段,预测值与实测值具有很高的一致性,在短裂纹扩展和长裂纹失稳扩展阶段稍差一些;同时分析了疲劳平均载荷、应力比、热处理方式对裂纹扩展速率和磁记忆相关性的影响,对裂纹扩展研究作了新的尝试。由于疲劳损伤演变是动态非线性过程,用传统的数学函数精确建立寿命模型是非常困难的,本文采用最新的动态多分辨正交小波神经网络( DMRA_WNN)方法,在短裂纹理论的基础上,考虑短裂纹扩展的特异性和裂纹闭合效应,以磁记忆特征信号为参数,同时考虑疲劳载荷、应力比,建立了两种试验材料的DMRA_WNN全寿命的预测模型。避免了传统神经网络结构设计上的盲目性,整合神经网络、小波变换和多分辨理论的优势,克服了静态小波神经网络维数灾难问题,以磁记忆特性的崭新角度,进行统一的全寿命预测。
参考文献：
[1]. 焊接裂纹金属磁记忆漏磁场特性的研究[D]. 邸新杰. 天津大学. 2004
[2]. 焊接裂纹磁记忆效应力磁耦合的数值模拟研究[D]. 黄炳炎. 天津大学. 2007
[3]. 基于磁记忆的建筑钢结构焊接试件弯曲试验研究[D]. 王亮. 西安科技大学. 2017
[4]. 铁磁材料疲劳过程中的磁效应研究[D]. 徐明秀. 哈尔滨工业大学. 2012
[5]. Q245R钢磁特性对应力的映射规律研究[D]. 孙燕华. 山东大学. 2016
[6]. 焊接裂纹的金属磁记忆信号特征判据的研究[D]. 严春妍. 天津大学. 2005
[7]. 焊接裂纹的金属磁记忆信号定量化特征研究[D]. 邸新杰. 天津大学. 2007
[8]. 基于磁记忆的建筑钢结构焊接试件拉伸试验研究[D]. 王洪现. 西安科技大学. 2017
[9]. 力磁效应在建筑钢板件中的有限元仿真及试验研究[D]. 高波. 西安建筑科技大学. 2017
[10]. 基于磁记忆技术的疲劳损伤评估及寿命预测[D]. 邢海燕. 哈尔滨工业大学. 2007
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