45#板材试块金属磁记忆检测技术试验研究.doc

1、XX大学毕业设计(论文) 题 目:45#板材试块金属磁记忆检测技术实验研究 学 院: 测试与光电工程学院 专 业: 测控技术与仪器 姓 名: 学 号: 指导教师: 二Oxx年六月45#板材试块金属磁记忆检测技术实验研究摘要：随着科技的进步，无损检测占据着重要的地位。而在新技术不断涌现的今天，磁记忆检测技术依旧是唯一能够检测缺陷萌生前的无损检测方法。在载荷和地磁场的激励下，引起铁磁性内部应力集中区磁畴重新取向，由此这种状态便被铁磁性工件记录保留下来，这就是磁记忆检测的原理。构件的应力集中是引发后期缺陷的主要原因，利用金属磁记忆检测技术，通过对磁记忆法向分量过值零点的位置来判断应力集中部位，从而便

2、能进一步看出应力集中部位的切向分量与法向分量对定量的具体影响。本文的实验研究主要是对45#钢试件在不同实验力下进行静载拉伸获取法向和切向分量的数据，再用origin软件对数据进行处理，同时对实验数据微分绘制李萨如图，这样便可以同时反映二个不同方向分量的特征，利用其封闭区域的大小来判断应力集中的程度，以达到定量分析的目的，这样可以有效减少误差，根据最后的结果再与ANSYS软件对实验试样的应力分布进行有限元仿真的结果进行对比。关键词：磁记忆技术 应力集中 李萨如图 定量分析 有限元仿真Experimental Research on Metal Magnetic Memory Test Piece

3、 of 45# SheetAbstract: With the advancement of technology, Non-destructive testing occupies play an important position. In the today new technologies are emerging, Metal magnetic memory detection is still the only method to detect the defect eruption of the NDT method. Under the excitation of load a

4、nd magnetic field caused by the internal stress of ferromagnetic domain reorientation, which the state will be ferromagnetic work piece records retained; this is metal magnetic memory testing principle. Component of the stress concentration is the main causes of post defect, using metal magnetic mem

5、ory testing technique, through of metal magnetic memory method to component value zero position to judge the location of stress concentration, which can be further shows that the stress concentrated parts of the tangential component and method to the specific impact of component of quantitative.The

6、experimental study of this paper is to obtain the normal and tangential components of the 45# steel specimen under different experimental loads, Then the Origin Software for data processing. At the same time, the experimental data differential draw Lissajous figure, so that we can also reflect the c

7、haracteristics of two-dimensional direction component, using the closed area size to determine the extent of stress concentration, in order to achieve the purpose of quantitative analysis. Only in this way can reduce the error effectively. According to the final results using ANSYS software to test

8、the stress distribution to carry out the finite element simulation.Keywords: Metal magnetic memory Stress concentration degree Lissajous figure fatigue damage Finite element simulation目 录1 绪论1.1 引言11.2 课题研究背景及意义11.3 国内外研究概况及发展趋势21.4 课题研究内容32 磁记忆检测理论基础2.1 地磁感应效应42.2 磁记忆产生机理42.3 磁场梯度53 磁记忆二维检测原理3.1 磁记

9、忆二维检测理论基础63.2 磁偶极子模型63.3 矢量合成法在磁记忆二维检测中的应用94 金属磁记忆检测技术实验研究4.1 实验材料及参数114.2 试验设备及条件114.3 试验实施过程134.4 试块有限元的仿真145 实验结果及分析5.1 法向磁信号分析185.2 切向磁信号分析195.3 李萨如图分析205.4 实验结论255.5 未来展望26参考文献27致 谢2845#板材试块金属磁记忆检测技术实验研究1 绪论1.1 引言 钢铁是我们生活中最常用的材料，但是这些铁磁性材料虽然有他的好处，但是材料避免不了产生不同的损伤而失效、断裂，这有可能导致很严重的工业事故。根据前几年美国巴特尔研究

10、所调查表明：全世界由于材料的损伤导致的财产损失达1190亿美元。所以无损检测是很重要的。 随着无损检测从业人员素质的提高，无损检测技术目前不仅要求检测人员除了对已出现的危险部位及其分布有一定了解，更要能够在发生危险前对构件进行早期预判。而常规的无损检测只能检测出以及存在的宏观缺陷，对于预判缺陷的产生却无能为力，此时磁记忆检测的出现解决了这个问题。磁记忆检测原理说明了，构件中应力集中区的应力能要不出现那么高，就必须使磁畴组织重新排列取向，这时磁畴组织便会保留下来，并在应力集中区形成和缺陷差不多的漏磁场分布，此时漏磁场信号的切向分量为局部极大值，而法向分量的符号发生了变化，且具有过零点。单独对切向

11、或法向分量特征作为磁记忆检测的依据是不可靠的，且不能对应力集中部位进行定量分析。而采用李萨如图的磁记忆二维检测方法分别作为两个方向上的分量微分作为X、Y轴，然后对做出的曲线围成的面积进行分析，从而来判别应力集中的水平，以此作为磁记忆检测的定量分析依据。1.2 课题研究背景及意义各行各业中最常用的金属材料莫过于钢铁等铁磁性金属材料，但铁磁性金属材料作为受力结构件使用时，会承受不同程度的冲击、疲劳等载荷的作用，从而引发损伤和裂纹，甚至导致、断裂、爆炸等严重事故的发生，尤其在航空、航天、机械、铁路、建筑工程等领域中的设备和构件在长时间的工作下容易受到应力集中而发生疲劳损伤，这就是引起安全事故的源头。

12、由此可见，正确、有效的无损检测与评价技术，对设备的正常在不破坏被检测对象的前提下。无损检测技术通过分析反映构件内部缺陷和异常的光、磁、电、热等信号，来判断缺陷是否存在，然后分析其特征，最后评估其危害，并推测其剩余使用寿命和安全性等。常用的无损检测方法有超声波检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等。可是这些方法只可以检测已形成的宏观缺陷和较大的微观缺陷，但对于形成缺陷前的局部应力集中却无法做出有效的检测和评估。大家都知道，构件的损伤是一个从量变到质变的过程，一般的材料起初出现损伤的原因往往正是应力集中。而常规的无损检测方法是无法捕捉这种应力集中，所以找寻新的有效的检测方法是很必要的1。在

13、不破坏被检测对象的前提下。无损检测技术通过分析反映构件内部缺陷和异常的光、磁、电、热等信号，来判断缺陷是否存在，然后分析其特征，最后评估其危害，并推测其剩余使用寿命和安全性等。常用的无损检测方法有超声波检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等。可是这些方法只可以检测已形成的宏观缺陷和较大的微观缺陷，但对于形成缺陷前的局部应力集中却无法做出有效的检测和评估。大家都知道，构件的损伤是一个从量变到质变的过程，一般的材料起初出现损伤的原因往往正是应力集中。而常规的无损检测方法是无法捕捉这种应力集中，所以找寻新的有效的检测方法是很必要的2。 大量的研究发现，对铁磁体施加弹性应力后，除了产生弹性应变

14、外，还会产生磁致伸缩应变。在载荷或地磁场作用时，位错渐渐积累并保留下来，自发漏磁信号会发生不可逆的变化，这一现象被称之为金属磁记忆现象。金属磁记忆检测技术不仅能检测构件中已经形成的宏观缺陷，而且能够对铁磁性金属材料的应力集中、早期损伤等进行快速、准确的诊断，可在零件失效之前采取措施，从而避免事故发生。金属磁记忆检测在无损检测技术中是很有发展前景的，为铁磁性材料早期损伤的评估提供了新的研究思路3。本课题主要对45#钢U型平板缺口试样分别在不同载荷下测量试件表面法向和切向磁记忆二维分量进行静载拉伸试验，测量试件加载前后的表面漏磁场。并引入李萨如图分析法，对二维分量微分后的数据制作的李萨如图进行分析

15、，以此便可以从李萨如图封闭区域面积的大小来判断不同静载和不同位置的45#钢U型平板缺口试样应力集中程度。4由此得出的研究结论，可能会有助于真正揭开磁记忆产生的机理。1.3 国内外研究概况及发展趋势自从1997年，金属磁记忆检测技术由俄罗斯科学家杜波夫提出以后，国内外学术界关注的焦点便是对该技术机理的解释。随着在各国的深入开展，在金属磁记忆方面的研究不断获得进步。国际上，我们看到围绕金属磁记忆开展的国际会议每年都举行，并且国际焊接学会批准并实施了金属磁记忆检测技术的“Round Robin”计划，这个计划正稳步的进行，而且这对各个国家的影响不小，比如德国无损检测研究所制定了金属磁记忆欧洲研究计划ENRESC。到目前为止，有关金属磁记忆方面具有确定性结论的文件超过了80个。5作为金属磁记忆检测技术的提出国家，俄罗斯焊接协会制定了设备和结构焊接接头的磁记忆检测标准，并