300m钢拉伸载荷作用下残余应力和磁记忆信号关系的研究

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1、学校代码：10406分类号：TG115.28学号：090080401003南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）300M钢拉伸载荷作用下残余应力与磁记忆信号关系研究硕士研究生：周笔文导师：邬冠华教授吴伟副教授申请学位级别：硕士学科、专业：精密仪器及机械所在单位：测试与光电工程学院答辩日期：2012年6月授予学位单位：南昌航空大学Researchontherelationshipofresidualstresssubjectedto300Msteel'stensileloadandmagneticmemory

2、signalsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnPrecisionInstrumentandMachinerybyZHOUBi-wenUndertheSupervisionofProf.Guanhua-WUA.P.Wei-WuSchoolofMeasuringandOpticalEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,201摘要300M钢在加工制造和使用过程中都会存在残余应力，它对

3、材料塑性、疲劳强度、冲击韧性等都有较大影响，铁磁性材料受外部应力载荷作用时，会导致磁畴组织定向且不可逆的重新改变，产生磁记忆效应，利用该效应可以评价材料结构中存在的残余应力大小和分布。本文基于铁磁学、断裂力学、能量最小原则等理论基础，利用有限元分析法建立含有经典缺陷的300M钢平板应力分析模型，采用非线性弹塑性应力分析，求解平板在不同载荷下的应力分布。对含有小孔以及槽的平板进行拉伸实验，绘制出300M钢应力—应变曲线，使用磁记忆检测仪测量试样表面漏磁场，使用X射线应力仪测量试样表面残余应力。将仿真模拟结果与

4、实验数据对比，结果表明在应力集中处，试样表面法向磁场变化剧烈，且试样若所受载荷小形变量不大时，磁场H变化较平稳，但应力进入塑性区域后法向磁场H发生剧烈变化甚至出现yy跃变现象，分析结果揭示300M钢的法向磁场梯度K与载荷、残余应力之间存在着：对于300M钢法向磁场梯度K与载荷呈现一抛物线关系，法向磁场梯度K与残余应力之间在弹性区域及塑性区都存在着单值关系，在由弹性区进入塑性区时K值急剧增加，法向磁场值出现跃变，通过对磁场梯度值的评价确定应力集中区域。300M钢为国内航空常见的起落架制造材料，300M钢的可靠

5、性分析特别是在役钢构件前期损伤应力集中的检测问题，对航空安全非常重要也是无损检测技术亟待研究。本文的研究结论，可为起落架早期应力集中检测提供理论支持，有助于诠释磁记忆微观机理。关键词：300M钢，残余应力，磁记忆检测，力—磁效应，有限元分析IAbstract300Msteelinprocessingandusingprocesswouldhaveresidualstresswhichimpactonthematerialfatiguestrength,plastic,toughnessandsoon.Whe

6、nferromagneticmaterialisloadedbyexternalstress,thematerialundergeomagneticfieldwilloccurmagnetostrictiveeffectandcausethatmagneticdomainstructurehasdirectionalandirreversiblechangewhichismagneticmemoryeffect.Thus,metalmagneticmemorytestingcanearlydiagnoser

7、esidualstresssizeanddistributionfor300Msteelcomponents.Basedonferromagneticstudy,fracturemechanics,theprincipleofminimumenergy,stressanalysismodelfor300Msteelplatewithclassicdefectandnonlinearelastic-plasticstressloadisestablishedbyusingthefiniteelementmet

8、hodwhichgive300Msteelstress-straincurvesbysolvingsurfacestressdistribution.Comparedwithexperimentaldataforflatwithholeandslotobtainedbytensileexperiments,samplesurfaceleakagemagneticfieldmeasurementinmagnetic