金属磁记忆-磁巴克豪森噪声融合检测应力系统的研究及应用

摘要

铁磁构件内部因其焊接、铸造、长期服役会存在内部应力。这些内应力对铁磁构件在使役中的物理性能产生很大的影响。例如焊接过程中产生的焊接应力;爆炸冲击过程中产生的冲击应力;热胀冷缩产生的温度应力。典型的工程问题如无缝线路在使役中纵向温度应力，船用钢板焊接结构应力等等。因此铁磁构件内部应力检测十分必要。
　　论文基于金属磁记忆(MMM)方法和磁巴克豪森噪声(MBN)方法的检测原理，融合两种检测方法的优点，对铁磁材料构件进行在线、无损、快速的应力检测和稳定性分析。主要的研究内容如下:
　　1、利用铁磁构件在交变磁场作用下磁畴壁不可逆位移释放的磁巴克豪森跳跃的平均体积(AVMBJ)，以及不可逆磁化率和铁磁构件所受应力之间的关系，推导了磁巴克豪森跳跃平均体积与应力和激励磁场之间的数学关系;分析了应力和磁场作用下的单晶体磁畴壁位移过程;诠释了激励磁场和应力对磁巴克豪森跳跃平均体积的影响。根据铁磁体磁巴克豪森跳跃曲线在受到拉压应力时的饱和速度不相同，引入磁畴壁位移的临界磁场理念，解决了磁巴克豪森跳跃信号随应力变化标定曲线的过饱和标定的问题。
　　2、根据金属磁记忆和磁巴克豪森噪声原理，设计并制作铁磁构件应力检测专用传感器，以及一次信号处理电路:激励电路、放大电路和二次信号处理电路:数据采集电路等。利用高性能的处理器实现丰富的人机交互界面。采用自动控制技术切换金属磁记忆和磁巴克豪森噪声工作系统，实现自动检测。
　　3、研究金属磁记忆和磁巴克豪森噪声检测原理和实现方法，并融合两种方法的优点，针对某些特殊铁磁构件内应力检测区域大、耗时长、实时性的要求，提出了一种金属磁记忆——磁巴克豪森噪声融合的快速应力检测方法，并完成了以下研究:
　　(1)对E36和CCSB级船用钢板焊接应力分布进行分析;对E36级钢板实验船舱爆破冲击前后的焊接应力进行分析;对CCSB级钢板抗冲击实验台焊接应力进行分析。
　　(2)研究无缝线路温度应力的变化规律，根据静力平衡的虚功原理，以及线路的强度和稳定条件，建立了无缝线路稳定性的水坝模型和能量计算公式。利用此公式计算无缝线路当前存储能量，从能量角度说明线路稳定性。
　　(3)基于离散短时傅里叶变换方法，提出一种新的无缝线路整体和局部稳定性检测评估方法，建立了稳定性评估数学计算公式。
　　(4)根据在线检测无缝线路温度应力及现场轨温，建立了无缝线路实际锁定轨温数值计算关系，确定实际锁定轨温检测的在线实施方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的来源、研究目的及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究目的及意义

1．2 铁磁构件应力检测常用方法的研究现状

1．2．1 有损应力检测方法

1．2．2 无损应力检测方法

1．2．3 金属磁记忆检测技术研究现状

1．2．4 磁巴克豪森噪声技术研究现状

1．3 论文主要研究内容和创新点

1．3．1 论文主要研究工作

1．3．2 论文创新点

第二章 金属磁记忆和磁巴克豪森噪声技术理论基础

2．1 物质的磁化特性

2．1．1 物质的磁性

2．1．2 物质的磁性的产生以及分类

2．2 金属磁记忆理论基础

2．2．1 金属磁记忆效应

2．2．2 磁偶极子模型

2．2．3 金属磁记忆检测原理

2．3 磁巴克豪森噪声理论基础

2．3．1 铁磁材料构件的磁化

2．3．2 磁畴和磁畴壁

2．3．3 磁巴克豪森噪声检测原理

2．4 本章小结

第三章 应力和磁场对磁巴克豪森噪声的作用

3．1 磁巴克豪森噪声信号

3．1．1 磁巴克豪森跳跃平均体积

3．1．2 不可逆位移临界磁场

3．1．3 应力与磁化率

3．2 应力、磁场和磁巴克豪森跳跃平均体积的关系

3．2．1 理论关系的推导

3．2．2 磁畴壁位移过程分析

3．2．3 应力和磁场对磁巴克豪森跳跃平均体积的作用分析

3．3 本章小结

第四章 融合检测应力系统的研究

4．1 金属磁记忆系统的研究

4．1．1 磁记忆系统结构

4．1．2 金属磁记忆系统标定

4．2 磁巴克豪森噪声系统的研究

4．2．1 磁巴克豪森噪声系统结构

4．2．2 磁巴克豪森噪声信号的标定

4．3 显示模块

4．3．1 Qt开发环境

4．3．2 显示界面

4．4 融合检测控制流程

4．5 本章小结

第五章 舰船焊接结构应力检测

5．1 船用钢板焊接结构应力

5．1．1 E36级船用钢板

5．1．2 E36级船用钢板应力分析

5．1．3 CCSB级船用钢板

5．1．4 CCSB级船用钢板应力分析

5．2 实验船舱爆破冲击应力检测

5．3 船用钢板抗冲击实验台应力检测

5．4 本章小结

第六章 无缝线路实际锁定轨温检测

6．1 无缝线路实际锁定轨温

6．2 无缝线路应力检测

6．2．1 检测对象

6．2．2 检测方法和步骤

6．3 无缝线路稳定性分析

6．4 无缝线路实际锁定轨温计算

6．5 本章小结

第七章 无缝线路整体和局部稳定性检测

7．1 无缝线路的稳定性

7．1．1 无缝线路稳定性概述

7．1．2 无缝线路稳定性原理

7．2 无缝线路应力检测

7．2．1 检测对象

7．2．2 检测步骤和方法

7．3 无缝线路稳定性研究

7．3．1．有限元法

7．3．2．波动法

7．4 无缝线路稳定性分析

7．4．1 有限元法

7．4．2 波动法

7．5 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 主要研究成果和结论

8．2 后期工作展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师介绍