三維金屬磁記憶檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及30CrMo鋼應(yīng)力集中評(píng)估研究.pdf

1、金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)（MMMT）作為一種新型的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，是利用磁記憶效應(yīng)來(lái)檢測(cè)鐵磁性構(gòu)件中的應(yīng)力集中，進(jìn)而為鐵磁性構(gòu)件的預(yù)診斷提供依據(jù)，以保障在役構(gòu)件的安全使用。本文通過(guò)研制三維金屬磁記憶檢測(cè)系統(tǒng)，從應(yīng)力集中的定量評(píng)估角度出發(fā)，利用矢量合成法將兩個(gè)磁記憶信號(hào)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(hào)切向分量Hp(xy)和法向分量Hp(z)幅值以及梯度值與應(yīng)力集中的變化關(guān)系，定量分析材料中應(yīng)力集中

2、的嚴(yán)重程度，為鐵磁性構(gòu)件的應(yīng)力集中定量評(píng)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(yīng)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(xué)模型等角度解釋了磁記憶信號(hào)特征產(chǎn)生的物理機(jī)理，提出并解釋了矢量合成法能夠有效測(cè)得最大的磁記憶信號(hào)切向分量。
　　然后基于Arduino硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)研制了三維金屬磁記憶檢測(cè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了

3、基于線(xiàn)性霍爾傳感器MLX90393的三維陣列式磁記憶檢測(cè)探頭，利用直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)了可以在X、Y、Z三個(gè)方向上自由運(yùn)動(dòng)的三軸掃查系統(tǒng)，通過(guò)采用57BYG059型號(hào)步進(jìn)電機(jī)和SH2024B2型號(hào)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)掃查系統(tǒng)，運(yùn)用Python和C語(yǔ)言編制了可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)和結(jié)果顯示的軟件程序。
　　其次在地磁場(chǎng)條件下，在靜載拉伸作用下開(kāi)展了30CrMo鋼試樣的磁記憶檢測(cè)試驗(yàn)研究，通過(guò)分析磁記憶信號(hào)分量幅值以及梯度值與拉伸載荷

4、的變化曲線(xiàn)，能夠有效地對(duì)30CrMo鋼試樣中的應(yīng)力集中嚴(yán)重程度進(jìn)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(guò)對(duì)李薩如圖面積當(dāng)量值與載荷F之間的變化曲線(xiàn)進(jìn)行非線(xiàn)性擬合，可得出一條相關(guān)系數(shù)為0.99616的Logistic擬合曲線(xiàn)，表明李薩如圖面積當(dāng)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(lì)磁場(chǎng)條件下，在靜載拉伸作用下開(kāi)展了30CrMo鋼試樣的磁記憶檢測(cè)試驗(yàn)研究，得到了在拉伸試

5、樣應(yīng)力集中區(qū)域的顯著的磁記憶信號(hào)特征。在弱磁激勵(lì)條件下，磁記憶信號(hào)分量的幅值以及梯度最大值的增長(zhǎng)速度比較顯著。與僅在地磁場(chǎng)作用下的磁記憶信號(hào)相比，在弱磁激勵(lì)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(zhǎng)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(zhǎng)率依次為15.83%、18.37%、24.40%、