铁磁构件ACSM方法及应力定量化测量研究

摘要

应力是影响铁磁性材料疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定及使用寿命的重要因素之一，应力的检测对预防构件因应力集中导致的变形、断裂至关重要。针对目前一些应力检测方法的不足，本文利用一种新的电磁无损检测方法—交变磁场应力测量法（ACSM）开展应力检测研究。从铁磁学的基本理论出发，系统研究了与铁磁性材料应力检测相关的问题，结合试验对ACSM法应力检测进行了相关的研究与探讨。
　　本文首先从铁磁性材料的基本特性入手，分析了材料的力学特性，根据热力学平衡条件，从能量角度探究了ACSM法应力检测原理，研究了应力对铁磁性材料磁性能的影响并给出了磁力学模型，为ACSM法应力检测提供了理论基础。其次，介绍了整个ACSM检测系统的设计，包括激励模块、探头、信号调理模块、采集模块及基于LabVIEW的上位机软件显示界面。
　　最后，以典型的铁磁性材料Q235钢为研究对象，先通过静载拉伸试验确定应力评价的有效特征量，然后研究了不同激励频率、不同激励电压及不同线圈匝数对检测信号的影响。试验结果表明：Bx实部信号与拉应力之间有良好的线性关系，此特征量可用于评估铁磁构件的应力大小，此外，通过线性拟合分析比较不同检测参数下的相关系数、灵敏度等指标，得到了一组最佳检测参数。该参数下，其相关系数达到0.991，灵敏度为7.411mV/kN。接着对静载拉伸试件和焊接试件的应力值进行测量，并将测量结果与盲孔法测量结果进行对比，试验结果表明：对于拉伸试件，两种方法测量结果具有很好的一致性，对于焊接试件，两者之间绝大部分差值小于30MPa，相对误差<20％，说明ACSM法具有较高的测量精度。最后开展不同类型焊点以及不同位置焊点处残余应力测量试验，结果表明：离焊点越近，其应力值越大，随着离焊点中心距离的增加，其应力值逐渐减小，当距离超过30mm时，其应力值大小基本不受焊点的影响。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 铁磁性材料应力检测研究现状

1.3论文框架及主要研究工作

第二章 ACSM法应力检测基础理论

2.1 引言

2.2 物质磁性的起源及分类

2.3铁磁性材料基本特性

2.4 ACSM法应力检测磁场模型

2.5本章小结

第三章 ACSM系统硬件研制

3.1引言

3.2 硬件系统总体设计

3.3激励模块

3.4 ACSM探头设计

3.5信号调理模块

3.6信号采集模块

3.7 本章小结

第四章 ACSM系统软件设计

4.1 引言

4.2 系统软件总体框架

4.3 ACSM软件设计

4.5 本章小结

第五章 基于ACSM法的应力测量试验研究

5.1 引言

5.2 试验条件与技术方案

5.3 静载拉伸标定试验

5.4 残余应力

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要研究结论

6.2 展望

参考文献

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致谢

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