铁磁性材料裂纹萌生与扩展的金属磁记忆检测技术研究

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1、铁磁性材料裂纹萌生与扩展的金属磁记忆检测技术研究Studyonmetalmagneticmemorytestingofthecrackinitiationandpropagationoftheferromagneticmaterial学科专业：材料工程研究生：王文绚指导教师：邸新杰副教授企业导师：白世武教授级高工天津大学材料科学与工程学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作

2、的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要金属磁记忆是一种新型的磁性无损检测方法，它利用材料内部应力场与磁场之间的关系，对以应力集中为主要特征的材料缺陷进行检测。但由于

3、实际结构中影响材料表面磁场信号干扰因素很多，目前尚未完全明确磁记忆信号与材料内部损伤之间量化关系。本文针对目前磁记忆检测技术存在的问题，Q235B钢为研究对象，分析静拉伸和疲劳载荷作用下的磁记忆信号的变化规律，对试件的损伤程度进行定量评估。首先，以恒定速率增大载荷对含有缺口的试件进行静拉伸试验，并检测拉伸过程中试件表面固定位置的磁场信号，另外利用有限元软件对拉伸试验中试件的内部应力状态进行分析。结果表明：在拉伸过程中，试件内部的应力大小与检测的磁信号之间存在对应关系。在弹性变形阶段，磁记忆信号会随着拉伸应力的增加而线性增加，其强度梯度随着拉伸应力的增加而降低；进入塑性变形阶段后，变化速率降

4、低，当应力大于110MPa(0.47ReL)时，磁记忆信号和其强度梯度到达稳定状态。其次，分别改变载荷波形和应力比等因素对含有缺口的Q235B试件和焊接试件进行低周疲劳试验，并每隔一定的循环次数测量试件表面固定测量通道的磁记忆信号，研究波形和应力比等因素对磁记忆信号的影响。结果表明：在裂纹萌生阶段，缺口尖端检测到的磁记忆信号没有出现过零点的现象，其强度梯度没有峰值；在裂纹扩展阶段，磁记忆信号会在裂纹处发生明显异变，其强度梯度出现峰值。磁记忆信号的幅值和其强度梯度峰值的绝对值都会随着损伤程度的增加而增加。载荷波形和应力比会对试件的应力集中程度和检测的磁记忆信号有影响。磁记忆信号及其特征向量可

5、以用于预测试件断裂位置和表征试件损伤程度。焊缝的存在会降低试件疲劳寿命，增加磁记忆信号幅值。关键词：金属磁记忆检测；拉伸试验；疲劳试验；焊接；铁磁性材料ABSTRACTMetalmagneticmemory(MMM)isanewnon-destructivetestingtechnique.Itutilizestheinteractionofmagneticfieldandtheinnerstressofthematerialtodetectthematerialdefectswhicharemainlycharacterizedbystressconcentration.However,

6、thereexitmanyinterferencefactorsthatcanaffectthesurfacemagneticfieldofthematerialsintheactualstructure,makingitdifficulttoquantifytheconnectionbetweenmagneticmemorysignalandtheinnerdamageofthematerials.ToinvestigatetheproblemsintheMMMtestingtechniqueatpresent,thepaperimplementsaseriesofexperiments

7、toanalyzethechangingregularitiesofMMMsignalsofakindofcarbonstructuralsteel-Q235Binthestatictensileandfatiguetesting,andevaluatesthedegreeoffatiguedamageonthestructurequantitatively.Firstly,astatictensiletestwitht