金属磁记忆检测技术的定量化研究

金属磁记忆检测技术可以实现对工程中大量使用的铁磁性材料和构件由于应力集中造成的早期损伤进行快速检测，但目前只能给出定性结果。本项目将就该技术的物理形成机理及检测结果的定量化分析开展实验研究、理论分析和和数值计算，重点研究漏磁形成机理、漏磁场决定因素，以及基于漏磁场的结构早期损伤定量化表征方法。首先，利用金属塑性变形理论和磁畴运动学理论，考虑由于应力集中造成材料局部塑性变形，进而导致磁畴结构的不可逆运动，最终形成漏磁场的微观物理机理；其次，实验系统研究影响漏磁场强度和分布的各种因素，具体包括：局部应力集中程度、位置埋深、作用范围、分布梯度、检测传感器提离值等，从而为该方法检测结果的定量化确定提供依据；在此基础上，分析漏磁场的波形特征，确定金属磁记忆检测技术定量化的参数表征方法，进而利用典型波形进行缺陷反演。该项目的执行对开展材料与结构早期损伤检测和促进新的实验技术的发展具有重要意义。

用检测金属磁记忆信号的办法，来探测铁磁材料的机械损伤和缺陷，是一种新的无损检测方法。但这类方法还存在许多问题，需进一步研究。如磁记忆信号和构件弹性、塑性变形的关系，磁记忆信号和构件几何缺陷，如裂纹、空穴、压痕等的关系。对上述问题，课题组从实验、理论、数值模拟三方面开展了研究，取得以下成果。. 1、提出了一个磁－弹－塑性物理模型，该模型能够解释正磁致伸缩材料中，弹性拉应力加速材料磁化，压应力降低材料磁化，塑性变形阻碍材料磁化的现象。2、一系列试验结果表明，在弹性加载阶段，对于拉伸应力状态，沿加载方向法向漏磁基本呈线性变化，其斜率随载荷的增大而变化；但对于压缩应力状态，沿加载方向法向漏磁没有明显变化；在塑性变形阶段，在应力集中部位漏磁出现非线性变化，法向磁场强度存在一个极大值，切向磁场强度穿过零点，改变符号。出现宏观裂纹后，磁场强度幅值增加一个量级。法向磁场强度穿过零点，改变符号。在裂纹区附近法向磁场强度出现峰－峰值变化。能检测结构内部几毫米处的埋深型缺陷。在几种典型表面压痕附近，漏磁出现非线性变化，法向磁场强度存在一个极大值。有以下几个干扰磁记忆信号的因素。试件固有磁场的影响、检测仪探头距试件表面的距离、实验室的环境磁场影响，例如随着检测仪探头提离值的增加，漏磁场信号幅值会急剧下降。3、数值模拟结果和以上试验现象一致。4、设计了一种检测仪器，可以实现在线监测铁磁材料的早期损伤，如几何缺陷、压痕等。