基于巴克豪森噪声技术的电磁应力理论分析

《基于巴克豪森噪声技术的电磁应力理论分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、DOI:10.13543/j.cnki.bhxbzr.2012.05.001第39卷第5期北京化工大学学报(自然科学版)Vol．39，No．52012年JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience)2012基于巴克豪森噪声技术的电磁应力理论分析*刘辉祁欣(北京化工大学理学院，北京100029)摘要:本文采用电动力学及弹性力学等相关理论，分析了铁磁材料在弹性力和电磁场双重作用下的磁弹理论问题，提出了电磁与应力应变的关系式。并利用巴克豪森噪

2、声技术对现役钢轨的测量数据对比，证明了磁与应力应变的正比线性关系，验证了所得公式的准确性。关键词:铁磁材料;电磁应力;关系式;巴克豪森噪声中图分类号:O412.3引言1基于钢轨试块的电磁应力公式推导铁磁材料作为目前工业领域中普通材料无法替1.1温度应力代的工业材料，对其零部件内残余应力及服役内应物体在外力的作用下要发生形变，但是物体的力、疲劳及寿命监测一直是很受重视的问题。例如，形变不仅仅由外力作用引起，温度的变化也能引起［11］压力容器、核容器、锅炉等焊接构件残余应力检测及形变。服役应力跟踪检测，扭杆、大型构件

3、的应力及疲劳监在钢轨轨腰上截取30mm×8mm×250mm的测以及飞机螺旋机翼飞行前残余应力检测。因为这试块，其结构如图1所示。些产品的工程技术指标不仅仅关系到产品的质量、寿命、价格，甚至威胁到人的生命安全。目前，无缝线路长钢轨热胀冷缩温度应力的在线检测是最具有［1］应用价值的工程检测难题之一。本文选用U74钢轨进行试验研究，通过实际的测量证实了电磁、应力和形变之间存在着相互依赖相互制约的关系。由于决定和影响MBN的因素很图1钢铁截取试块［2－5］多，如材料的组织成分，受力，变形等。因此，在Fig．1Railcu

4、ttingsample弹性力学和电动力学的基础上，即基于弹性体在外将所研究的铁轨看作是连续的，均匀的弹性体，力或温度变化作用下的应力应变关系，以及电磁场假设铁轨内没有原始应力，铁轨的平均温度为t0，铁［6－7］的基本属性，根据温度应力，Maxwell-Lorentz力轨的高度为2c，铁轨在y方向存在温度函数t(y)，以及应力应变的关系，经过公式的推导，提出了应力在热膨胀和热应力的作用下，会产生εm的应变和曲应变与磁场的变化关系式。利用巴克豪森噪声率为1/R的弯曲，则热应力引起的应变为［8－10］(MBN)技术，将

5、铁轨实际测量的曲线与所得公εx=εz=εm+y/R－αt(1)式进行对比，验证了公式的正确性，为解决磁场与应Eσx=σz=(εm+y/R－αt)(2)力的关系问题提供了新的方法。1－G根据平衡方程可得cc收稿日期:2012－03－07α13αεm=2c∫tdy，R=3∫tydy(3)基金项目:国家自然科学基金(60971019)－c2c－c第一作者:男，1986年生，硕士生将式(3)代入式(2)得*通讯联系人cαEt(y)1E-mail:qixin@mail．buct．edu．cnσ=－1－G+2c(1－G)∫α

6、Et(y)dy+－c第5期刘辉等:基于巴克豪森噪声技术的电磁应力理论分析·119·c3yf=ρeE+(j×B)i(6)3∫αEt(y)ydy2c(1－G)－c式中，ρeE为电场力，(j×B)i为电磁力。c令t=1t(y)dy，由于测试铁轨的表面，因此第介质内的磁现象包括两个方面，一方面是电磁02c∫－c场作用于介质分子上产生磁化电流和极化电流，另三项为零，则铁轨的温度应力一方面这些电流又反过来激发磁场，两者是互相制αEσt=(t0－t)(4)约的。1－G1ΔEα为线膨胀系数，E为拉压弹性模量，G为泊松比。×B=

7、Jf+Jm+Jp+ε0(7)μ0tt0－t＞0为压应力，t0－t＜0为拉应力。Jf为自由电流密度，Jm+Jp为诱导电流密度1.2应力与应变之间的关系由于Jf可以直接受实验条件控制，因此将Jm=为了研究物体各部分变形的情况，将物体的单ΔP位伸长或者缩短称为正应变，正应变的正负符号与×M和Jp=带入式(7)得t应力是一致的，当拉伸时应力为正，正应变也为正，ΔBE当压缩时应力为负，正应力也为负。在材料力学中，×(μ－M)=Jf+ε0t(8)0根据胡克定律，应变分量与应力分量之间存在线性引入磁场强度关系。BH=

8、－M(9)假设铁轨3个方向同时受到均匀分布的正应力μ0σx、σy、σz，则3个方向的总应变分量等于三个应力磁化强度和磁场强度之间有简单的线性关系在该方向所产生的应变分量的叠加，即M=χmH(10)ìε=1［σ－G(σ+σ)］式中，χm为磁化率。xxyzïE将式(10)带入式(9)得ïï1íεy=［σy－G(σz+σx)］B=μH(11)Eï式中μ=μrμ0，μr=1+χm