应力/变形与异轴磁场对铁磁材料磁化作用机理及应用研究

The mechanism and application of quantitative nondestructive testing of stress/strain of ferromagnetic materials, which is extensively used in industry, based on magnetic methods is planned to be studied in this project. Through investigating the effects of external magnetic fields and stresses/strains with different directions on the mechanical-magnetic fields and the magnetizations of ferromagnetic materials respectively, the action mechanisms of external magnetic field and stress/strain on the magnetizations of ferromagnetic materials are explored. By seeking the action differences of stresses/strains with different directions on the magnetizations of ferromagnetic materials, the methods of quantitative nondestructive testing of stress/strain of ferromagnetic materials based on angle-alternation are developed. The main research work of this project concentrates on the following: 1) the effect of fixed-stress/strain + alternated-magnetic fields on the magnetization of ferromagnetic materials; 2) the effect of alternated-stress/strain + fixed-magnetic fields on the magnetization of ferromagnetic materials; 3) the building of optimization algorithm and program for feature extraction; 4) the analysis of action mechanisms of external magnetic field and stress/strain on the magnetizations of ferromagnetic materials; 5) the development of quantitative nondestructive testing methods of stress/strain of ferromagnetic materials based on angle-alternation are developed; 6) the improvement and universality testing of conclusions.

本申请项目拟就工业中常用铁磁性材料应力/变形定量无损磁检测技术开展机理及应用研究，拟通过调查不同角度外磁场对铁磁材料力磁场影响及不同角度应力/变形对材料磁化影响，探究外磁场与应力/变形对铁磁材料磁化作用机理；通过寻求不同方向应力/变形对材料磁化特征影响差异，开发基于角度变换的铁磁材料应力/变形方向及程度无损磁检测方法。拟就以下几个方面开展工作：1）固定应力/变形+变化磁场对铁磁材料磁化性能影响；2）稳定磁场+变化应力/变形对铁磁材料磁化性能影响；3）特征提取优化算法程序编写；4）外磁场+力磁场对铁磁材料磁化作用分析；5）基于磁化角度变换的铁磁材料应力/变形无损磁检测方法开发；6）研究结论完善及普适性调查。

本项目就工业中常用铁磁性材料应力/变形定量无损磁检测技术开展了机理及应用研究。1）通过调查不同角度外磁场对铁磁材料力磁场影响及不同角度应力/变形对材料磁化影响，探究外磁场与应力/变形对铁磁材料力-磁效应作用机理；2）通过寻求不同方向应力/变形对铁磁材料磁化特征影响差异，开发基于角度变换的铁磁材料应力/变形方向及程度无损磁检测方法。.1）开展了以下几个方面的力-磁效应机理研究工作 .①地磁场条件下，不同方向外磁场分量对力磁场的影响。研究发现，应力方向的外磁场分量对力磁场发挥重要作用，其他方向的外磁场对力磁场亦有影响，但相对较弱;.②外加直流异轴磁场条件下，力磁场分布及强度变化。研究发现，当施加不同夹角方向直流外磁场时，力磁场的分布和强度都发生变化。力磁场方向及强度主要受应力影响，也受外磁场方向影响，且存在一定规律;.③外加交流异轴磁场条件下，力磁场分布及强度变化。研究发现，当施加不同夹角方向交流外磁场时，应力导致了磁的各向异性，其各向异性也存在一定规律;.④结构不连续处，应力对力磁场的影响。研究发现，铁磁材料结构不连续处，随着应力的增加，其磁特征参数亦接近于线性增大。通过重构算法，结构不连续处的漏磁场能够用来对缺陷进行可视化检测;.⑤交流外加异轴磁场条件下，塑变钉扎效应对外磁场的影响。研究发现，由于铁磁材料塑变的钉扎效应，导致了沿不同方向磁化时的难易程度有差别。.2）在力-磁效应机理研究基础上，从以下几个方面探讨了铁磁材料应力/变形方向及程度无损磁检测方法.①地磁场条件下，基于力磁效应的应力无损检测与评定方法;.②直流外加磁场条件下，基于力磁效应的应力无损检测与评定方法;.③交流外加磁场条件下，基于力磁效应的应力无损检测与评定方法;.④交流外加磁场条件下，基于位错钉扎理论的塑性应变无损检测与评定方法;.⑤结构不连续处，基于力磁效应的应力无损检测与评定方法;.⑥基于力磁效应的缺陷无损成像和可视化方法。.以上研究结果不仅对进一步揭示力磁效应物理机理有重要意义，还为进一步开发铁磁材料应力程度无损检测方法奠定了基础。