铁磁性材料磁记忆检测的几个关键性问题研究

摘要

本论文是在国家自然科学基金(51261024)，江西省教育厅科技计划重点项目，和广东省数字信号与图像处理技术重点实验室开放课题(2014GDDSIPL-01)资助下展开研究的。磁记忆检测作为一种目前最重要的行之有效的早期检测手段，一直受到海内外无损检测人士的普遍关注。但是在磁记忆检测的一些问题的研究上，仍然有着种种的不足，如对缺陷的判据单一和难以定量，不同温度下的磁记忆检测研究较少，磁记忆检测信号的处理方面的不足等。基于此，本论文针对以上不足进行了一些研究。主要内容概括如下：
　　1、阐述了本课题的提出及其研究意义，详细论述了金属磁记忆检测技术的机理、仪器开发等方面在国内外的研究现状，指出了磁记忆检测方法存在的一些不足之处，最后给出了本论文的研究内容以及创新之处。
　　2、论述了热力、力磁耦合的相关基础理论。首先介绍了铁磁材料的基本性质，然后通过磁记忆检测的磁力磁耦合效应，对应力和磁导率之间的关系进行了推导，并且详细的介绍了磁机械效应。最后针对不同温度下的磁记忆检测，对弹性阶段的热-力耦合现象进行了本构方程的研究，并推导了居里点附近热力磁三者之间的关系。本章为整篇论文提供了理论基础。
　　3、论述了磁记忆检测的极坐标分析的方法相关理论基础，利用ANSYS有限元建立了三维力磁耦合有限元仿真模型，对其进行加载求解，得到缺陷表面的磁场分布情况，再对仿真得到的切向分量Hp(x)和法向分量Hp(y)进行微分处理，最后将所得的两个微分信号利用极坐标分析方法进行了分析。分析的结果可以在一定程度上表明极坐标分析方法能够反映出铁磁性材料的应力集中程度。为了验证仿真结果的有效性，在此，对中心含圆孔的 X60管线钢平板设计了拉伸实验，并提取缺陷处的磁场信号进行极坐标分析。实验结果表明，随着试件受到的拉伸载荷的增大，极坐标分析图所形成的闭合区域也逐渐增大，并且复杂程度也在逐渐上升，证明磁记忆检测的极坐标分析方法可以对铁磁性材料的应力集中区域的应力状态进行一定程度上的反映，可作为磁记忆检测在定量方面的参考。
　　4、设计仿真方案，通过对一些工业中常用的材料如20＃钢、45#钢、12Cr1MoV等进行仿真的方法，研究了不同温度对磁记忆检测信号的影响。首先对试样进行有限元建模，随后对其进行仿真来提取仿真模型在不同温度下的磁记忆信号，并对得到的仿真信号进行分析总结，以此来研究不同温度对磁记忆检测的影响。之后换不同种的材料，重复上述步骤，得到材料不同时温度对磁记忆信号的影响， 仿真救过表明，在达到材料的居里点之前，温度对磁记忆检测的影响不大，当温度接近居里点时，磁记忆信号峰峰值会急剧增大，并且材料只是影响不同温度的磁记忆检测信号的大小，对信号的变化规律影响不大。
　　5、针对目前磁记忆检测信号处理方面的不足，通过引进经验小波变换，对磁记忆信号进行信号处理。首先介绍了经验小波变换的原理以及特点，之后针对磁记忆检测的仿真信号，对其施加了实际检测过程中常常会受到的高频噪声信号，然后使用经验小波变换对其进行处理，处理结果显示该信号大部分的噪声以及被有效的消除了，对原始信号有很强的还原度。随后通过实验的方法对经验小波在磁记忆检测方面应用的有效性进行了研究，同时与传统的小波变换方法进行对比研究。实验结果表明，经验小波变换明显优于传统的小波变换方法，在金属磁记忆检测的信号处理研究方面的应用都具有良好的效果，可以作为一种磁记忆检测的信号处理手段。
　　6、全面总结了本文在磁记忆检测的几个关键性问题上做出的研究内容，并对磁记忆检测未来的发展方向研究进行了展望。

目录

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英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题的提出及其意义

1.2铁磁性材料磁记忆检测方法的国内外研究现状

1.3论文的主要内容与创新之处

第2章 磁记忆中热力磁的相关基础理论

2.1铁磁材料的基本特性

2.2力-磁耦合效应基本特性

2.3热力磁作用的基本特性

2.4本章小结

第3章 磁记忆极坐标分析方法的研究

3.1极坐标分析的相关理论基础

3.2极坐标分析方法的仿真研究

3.3 实验研究

3.4 本章小结

第4章 温度对磁记忆检测的影响

4.1引言

4.2研究方案

4.3典型试样的有限元仿真

4.4本章小结

第5章 基于经验小波变换的磁记忆检测的信号处理

5.1引言

5.2经验小波变换概述

5.3仿真研究

5.3实验研究

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参加科研情况

致谢

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