專利名稱：一種基于特征磁導(dǎo)率的應(yīng)力集中和疲勞損傷的檢測評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測評價方法，尤其設(shè)計一種基于特征磁導(dǎo)率的應(yīng)力集中和疲勞損傷的檢測評價方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，金屬材料大量作為受力構(gòu)件使用，廣泛應(yīng)用于航空航天、電力、鐵路、壓力容器等行業(yè)。構(gòu)件使用過程中在應(yīng)力、疲勞載荷、內(nèi)部工作介質(zhì)或外部工作環(huán)境的作用下，易在開槽處、疏松區(qū)域、缺陷空洞位錯集中區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)、焊縫及其熱影響區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂或疲勞斷裂等現(xiàn)象，造成重大惡性事故，給國家和人民造成巨大災(zāi)難。因此在對構(gòu)件進行無損檢測時能快速、方便、準(zhǔn)確地檢測出應(yīng)力集中和疲勞損傷的嚴重區(qū)域，對于預(yù)防構(gòu)件的斷裂故障和防止重大災(zāi)難的發(fā)生具有重要意義。目前對鐵磁試件進行早期檢測和評價的方法有金屬磁記憶檢測法、巴克豪森效應(yīng)檢測法和聲發(fā)射檢測法，但檢測技術(shù)和效果都存在各自的局限性，都有待于深入研究和完
口 ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于特征磁導(dǎo)率的應(yīng)力集中和疲勞損傷的檢測評價方法，提出采用檢測特征磁導(dǎo)率變化的方法對試件的應(yīng)力集中和疲勞損傷部位和程度進行預(yù)檢測，提前發(fā)現(xiàn)鐵磁試件的應(yīng)力集中狀況和疲勞損傷程度。本發(fā)明提出的檢測方法不僅可以檢測試件的應(yīng)力集中程度和疲勞損傷狀況，還可以檢測鐵磁材料的馬氏體奧氏體相變、檢測鐵素體珠光體碳素提相變、檢測位錯缺陷密度變化、檢測力學(xué)韌性和力學(xué)脆性的轉(zhuǎn)變、檢測晶粒晶界的變化等。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于特征磁導(dǎo)率的應(yīng)力集中和疲勞損傷的檢測評價方法，該檢測方法的特征在于利用最大的微分磁導(dǎo)率來檢測鐵磁試件對應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)特征量的變化，與利用普通磁參量檢測鐵磁試件的微觀變化相比，極大提高了檢測靈敏度。其檢測原理是應(yīng)力集中和疲勞損傷引起鐵磁試件微觀結(jié)構(gòu)的變化，晶格點陣位移及缺陷位錯導(dǎo)致微分磁導(dǎo)率發(fā)生變化，通過測定特征磁導(dǎo)率的變化推斷反演鐵磁構(gòu)件的應(yīng)力集中和疲勞損傷程度。檢測特征為依據(jù)測量低場磁致回線的系列數(shù)據(jù)，得到低場磁致回線對應(yīng)的微分磁導(dǎo)率陣列，利用微分磁導(dǎo)率陣列中最大的矩陣元來檢測相關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)量的變化。該檢測方法的基本觀點是鐵磁材料技術(shù)磁化過程與微觀結(jié)構(gòu)參量的變化有關(guān); 低場的技術(shù)磁化過程反映微觀結(jié)構(gòu)參量的變化具有更高的檢測靈敏度；低場磁化的微分磁導(dǎo)率是磁場強度的函數(shù)，同時也是最大磁場強度的函數(shù)；檢測具體的微觀結(jié)構(gòu)量的變化，將依據(jù)與具體的磁場強度和最大磁場強度對應(yīng)的特征微分磁化率。本發(fā)明的技術(shù)效果是金屬磁導(dǎo)率檢測法可以檢測金屬構(gòu)件的應(yīng)力集中區(qū)域和疲勞損傷程度；可以檢測構(gòu)件力學(xué)韌性和力學(xué)脆性的轉(zhuǎn)變狀況；可以檢測鐵磁材料奧氏體與馬氏體、鐵素體與珠光體的相變過程與狀況；可以檢測鐵磁材料缺陷和位錯密度；可以檢測晶粒、晶界等變化狀況。說明書附圖


圖1磁導(dǎo)率檢測方法結(jié)構(gòu)圖。圖2待測試件、磁軛、激勵線圈、檢測線圈結(jié)構(gòu)分布圖。圖3雙極性激勵信號波形圖。
圖4等信號周期不同振幅激勵信號波形圖。圖5雙極性等差級數(shù)周期激勵信號波形圖。圖6等差級數(shù)周期激勵信號波形圖。
具體實施例方式
該發(fā)明是一種新的應(yīng)力集中和疲勞損傷的檢測方法，這里稱為金屬特征磁導(dǎo)率檢測法。該檢測方法的特征在于利用最大的微分磁導(dǎo)率來檢測鐵磁試件對應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)特征量的變化。金屬特征磁導(dǎo)率檢測法可以檢測金屬構(gòu)件的應(yīng)力集中區(qū)域和疲勞損傷程度；可以檢測構(gòu)件力學(xué)韌性和力學(xué)脆性的轉(zhuǎn)變狀況；可以檢測鐵磁材料奧氏體與馬氏體、鐵素體與珠光體的相變過程；可以檢測鐵磁材料缺陷和位錯密度；可以檢測晶粒、晶界等變化狀況。該發(fā)明檢測方法的特征在于利用最大的微分磁導(dǎo)率來檢測鐵磁試件對應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)特征量的變化；其檢測原理是應(yīng)力集中和疲勞損傷引起鐵磁試件微觀結(jié)構(gòu)的變化，晶格點陣位移及缺陷位錯導(dǎo)致磁導(dǎo)率發(fā)生變化，通過測定磁導(dǎo)率的變化推斷反演鐵磁構(gòu)件的應(yīng)力集中和疲勞損傷程度。檢測特征是依據(jù)測量低場磁致回線的系列數(shù)據(jù)，得到低場磁致回線對應(yīng)的微分磁導(dǎo)率陣列，利用微分磁導(dǎo)率陣列中最大的矩陣元來檢測相關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)量的變化。檢測方法的基本觀點是鐵磁材料技術(shù)磁化過程與微觀結(jié)構(gòu)參量的變化有關(guān)；低場的技術(shù)磁化過程反映微觀結(jié)構(gòu)參量的變化具有更高的檢測靈敏度；低場磁化的微分磁導(dǎo)率既是磁場強度的函數(shù)，也是最大磁場強度的函數(shù)；檢測具體的微觀結(jié)構(gòu)量變化的變化，將依據(jù)與具體的磁場強度和最大磁場強度對應(yīng)的特征微分磁化率。磁導(dǎo)率測量的原理圖和結(jié)構(gòu)圖，如圖1和圖2、圖3所示。激勵源波形圖如圖4、圖5、圖6所示。具體

發(fā)明內(nèi)容
材料的微觀結(jié)構(gòu)特征與技術(shù)磁化過程密切相關(guān)，應(yīng)力集中的形成和變化、疲勞損傷的加深、缺陷位錯密度的改變、裂紋的形成和結(jié)構(gòu)相變都將導(dǎo)致磁導(dǎo)率的變化。這里的特征磁導(dǎo)率與具體材料有關(guān)，與具體的材料微觀變化特征量有關(guān)，不同的微觀結(jié)構(gòu)特征量變化對應(yīng)不同的特征磁導(dǎo)率。這里所謂特征磁導(dǎo)率即是隨微觀結(jié)構(gòu)量的變化率最大的磁導(dǎo)率。該發(fā)明表述的磁導(dǎo)率是一種微分磁導(dǎo)率，可用一矩陣形式來表示。該微分磁導(dǎo)率與磁化過程有關(guān)，與最大磁場強度有關(guān)。設(shè)磁場強度變量為忍，最大磁場強度變量為 Hh,微分磁導(dǎo)率既是磁化場強度的變量，也是最大磁化場強度的變量，可表示為數(shù)學(xué)形式
… τ,)。在微分磁導(dǎo)率矩陣中，隨材料微觀結(jié)構(gòu)量變化率最大的微分磁導(dǎo)
率矩陣元即為與該微觀變量對應(yīng)的特征磁導(dǎo)率。不同的微觀結(jié)構(gòu)特征變量對應(yīng)不同的特征磁導(dǎo)率矩陣元，具有不同的特征磁導(dǎo)率。 具體檢測和數(shù)據(jù)采集提取電路如圖1磁導(dǎo)率檢測方法結(jié)構(gòu)圖所示。檢測電路主要由激勵線圈、檢測線圈、電源模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、計算機控制模塊、信號調(diào)理電路等部分組成。檢測線圈、激勵線圈與檢測試件的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖2所示。對于平板試件可采用如圖加所示的結(jié)構(gòu)方法檢測，對于圓柱棒試件可采用如圖2b和圖2c所示的結(jié)構(gòu)方法檢測。
以往都是依據(jù)飽和磁化強度Bs、飽和剩余磁化強度民、矯頑力H。、初始磁導(dǎo)率μ in、 最大磁導(dǎo)率μ max這些磁性參數(shù)的變化來測定鐵磁試件微觀結(jié)構(gòu)的變化，但利用這些磁性參數(shù)的變化來測定微觀結(jié)構(gòu)的變化檢測靈敏度很低。本發(fā)明提出一種利用特征磁導(dǎo)率來檢測鐵磁試件微觀結(jié)構(gòu)的變化特征，即是利用與微觀結(jié)構(gòu)的變化量對應(yīng)的、隨微觀結(jié)構(gòu)量變化率最大的磁導(dǎo)率的變化量來測定該微觀結(jié)構(gòu)的變化特征。本發(fā)明是采用低場磁化的方法， 磁化場遠未達到試件的飽和磁化狀態(tài)。具體檢測評價模型和方法如下設(shè)激勵信號源在一
個工作周期內(nèi)的三角波幅值分別為~、A2、A3、......、An，在每個三角波周期內(nèi)采集m
個數(shù)據(jù)，在一個工作周期內(nèi)采集的激勵信號振幅和激勵信號產(chǎn)生的磁場強度^”.幅值分別為
權(quán)利要求
1.一種基于特征磁導(dǎo)率的應(yīng)力集中和疲勞損傷的檢測評價方法，該檢測方法的特征在于利用最大的微分磁導(dǎo)率來檢測鐵磁試件對應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)特征量的變化。
2.如權(quán)利要求1所述的基于特征磁導(dǎo)率的應(yīng)力集中和疲勞損傷的檢測評價方法，其特征是其檢測原理是應(yīng)力集中和疲勞損傷引起鐵磁試件微觀結(jié)構(gòu)的變化，晶格點陣位移及缺陷位錯導(dǎo)致微分磁導(dǎo)率發(fā)生變化，通過測定特征磁導(dǎo)率的變化推斷反演鐵磁構(gòu)件的應(yīng)力集中和疲勞損傷程度。
3.如權(quán)利要求1所述的基于特征磁導(dǎo)率的應(yīng)力集中和疲勞損傷的檢測評價方法，其特征是檢測特征為依據(jù)測量低場磁致回線的系列數(shù)據(jù)，得到低場磁致回線對應(yīng)的微分磁導(dǎo)率陣列，利用微分磁導(dǎo)率陣列中最大的矩陣元來檢測相關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)量的變化。
4.如權(quán)利要求1所述的基于特征磁導(dǎo)率的應(yīng)力集中和疲勞損傷的檢測評價方法，其特征是該檢測方法的基本觀點是鐵磁材料技術(shù)磁化過程與微觀結(jié)構(gòu)參量的變化有關(guān)；低場的技術(shù)磁化過程反映微觀結(jié)構(gòu)參量的變化具有更高的檢測靈敏度；低場磁化的微分磁導(dǎo)率是磁場強度的函數(shù)，同時也是最大磁場強度的函數(shù)；檢測具體的微觀結(jié)構(gòu)量的變化，將依據(jù)與具體的磁場強度和最大磁場強度對應(yīng)的特征微分磁化率。
全文摘要
一種基于特征磁導(dǎo)率檢測的新的應(yīng)力集中和疲勞損傷的評價方法。材料的微觀結(jié)構(gòu)特征與技術(shù)磁化過程密切相關(guān)，應(yīng)力集中的形成和變化、疲勞損傷的加深、缺陷位錯密度的改變、裂紋的形成和結(jié)構(gòu)相變都將導(dǎo)致磁化過程的變化。該發(fā)明表述的特征磁導(dǎo)率是一種微分磁導(dǎo)率，其與磁化過程有關(guān)，與最大磁場強度有關(guān)。在微分磁導(dǎo)率矩陣中，隨材料微觀結(jié)構(gòu)量變化率最大的微分磁導(dǎo)率矩陣元即為與該微觀變量對應(yīng)的特征磁導(dǎo)率。不同的微觀結(jié)構(gòu)特征變量對應(yīng)不同的磁導(dǎo)率矩陣元，具有不同的特征磁導(dǎo)率。特征磁導(dǎo)率與具體材料有關(guān)，與具體的材料微觀變化性質(zhì)有關(guān)，不同的微觀結(jié)構(gòu)特征變化對應(yīng)不同的特征磁導(dǎo)率。特征磁導(dǎo)率檢測的電路結(jié)構(gòu)主要包括激勵線圈、檢測線圈、電源模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、計算機控制模塊、信號調(diào)理電路等部分組成。具體數(shù)據(jù)評價模型主要依賴于低場磁滯回線系統(tǒng)數(shù)據(jù)。激勵信號主要采用三角波波形，在一個工作周期內(nèi)的波形變化特征由軟件編程控制。
文檔編號G01N27/72GK102435666SQ20111030658
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者任尚坤 申請人:南昌航空大學(xué)