三維金屬磁記憶檢測系統(tǒng)設(shè)計及30CrMo鋼應力集中評估研究.pdf

1、金屬磁記憶檢測技術(shù)（MMMT）作為一種新型的無損檢測技術(shù)，是利用磁記憶效應來檢測鐵磁性構(gòu)件中的應力集中，進而為鐵磁性構(gòu)件的預診斷提供依據(jù)，以保障在役構(gòu)件的安全使用。本文通過研制三維金屬磁記憶檢測系統(tǒng)，從應力集中的定量評估角度出發(fā)，利用矢量合成法將兩個磁記憶信號切向分量Hp(x)、Hp(y)合成為最大的切向分量Hp(xy)，綜合分析磁記憶信號切向分量Hp(xy)和法向分量Hp(z)幅值以及梯度值與應力集中的變化關(guān)系，定量分析材料中應力集中

2、的嚴重程度，為鐵磁性構(gòu)件的應力集中定量評估提供了一種可以借鑒的方法。
　　本文首先從鐵磁性材料的基本特性出發(fā)，分析了鐵磁性材料的應力特性，闡述了磁疇的自發(fā)磁化、能量特性、磁致伸縮等鐵磁性材料的磁特性，從鐵磁材料能量平衡定理、微觀結(jié)構(gòu)和磁偶極子數(shù)學模型等角度解釋了磁記憶信號特征產(chǎn)生的物理機理，提出并解釋了矢量合成法能夠有效測得最大的磁記憶信號切向分量。
　　然后基于Arduino硬件開發(fā)平臺研制了三維金屬磁記憶檢測系統(tǒng)，設(shè)計了

3、基于線性霍爾傳感器MLX90393的三維陣列式磁記憶檢測探頭，利用直線運動導軌設(shè)計了可以在X、Y、Z三個方向上自由運動的三軸掃查系統(tǒng)，通過采用57BYG059型號步進電機和SH2024B2型號步進電機驅(qū)動器設(shè)計了步進電機掃查系統(tǒng)，運用Python和C語言編制了可以實現(xiàn)自動化檢測和結(jié)果顯示的軟件程序。
　　其次在地磁場條件下，在靜載拉伸作用下開展了30CrMo鋼試樣的磁記憶檢測試驗研究，通過分析磁記憶信號分量幅值以及梯度值與拉伸載荷

4、的變化曲線，能夠有效地對30CrMo鋼試樣中的應力集中嚴重程度進行表征。利用切向分量Hp(xy)和法向分量Hp(z)的梯度值引入了李薩如圖分析方法，通過對李薩如圖面積當量值與載荷F之間的變化曲線進行非線性擬合，可得出一條相關(guān)系數(shù)為0.99616的Logistic擬合曲線，表明李薩如圖面積當量值與拉伸載荷具有良好的相關(guān)性。
　　最后在不同外界激勵磁場條件下，在靜載拉伸作用下開展了30CrMo鋼試樣的磁記憶檢測試驗研究，得到了在拉伸試

5、樣應力集中區(qū)域的顯著的磁記憶信號特征。在弱磁激勵條件下，磁記憶信號分量的幅值以及梯度最大值的增長速度比較顯著。與僅在地磁場作用下的磁記憶信號相比，在弱磁激勵電流I為100mA、200mA、300mA、400mA的條件下，0kN與25kN載荷之間的切向分量Hp(xy)的梯度最大值之差的增長率依次為6.45％、14.81%、21.94%、38.55%；法向分量Hp(z)的梯度最大值之差的增長率依次為15.83%、18.37%、24.40%、