創(chuàng)新實習(xí)報告格式

1、YANGTZE UNIVERSITY創(chuàng)新實習(xí)報告題目名 稱磁記憶檢測原理及其發(fā)展方向的研究學(xué)院（系）機械工程學(xué)院專業(yè)班 級材料成型及控制工程 二 班學(xué)生姓名吳云浩指導(dǎo)教師吳文秀日期2012226 至2012322第1頁共23頁目錄1、金屬磁記憶檢測技術(shù) 31.1 簡介 31.2 磁記憶原理 51.3 疲勞損傷 61.4 金屬磁記憶法優(yōu)點 61.5 金屬磁記憶方法的物理原理 72、鐵磁結(jié)構(gòu)制件局部應(yīng)力集中區(qū)形成磁偶極子的建議模型。 123、非結(jié)構(gòu)鐵磁制件 174. 結(jié)論 204.1 應(yīng)力集中 204.3 應(yīng)力測試定義 214.5 應(yīng)力測試的方法 22參考文獻 23摘要 ：通過創(chuàng)新實習(xí)，我漸漸學(xué)習(xí)

2、了磁記憶檢測方法，磁記憶檢測技術(shù)是一種 正在發(fā)展中的新型的無損檢測技術(shù)。 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展， 人們對產(chǎn)品質(zhì)量的要 求越來越高， 構(gòu)件的質(zhì)量檢測由常規(guī)的宏觀缺陷檢測發(fā)展到缺陷源的早期診斷。 二十 世紀(jì)九十年代提出的磁記憶檢測技術(shù)， 與常規(guī)檢測技術(shù)相比， 具有快速、 無外加磁場 及檢測成本低等優(yōu)點。所謂創(chuàng)新，就是要將磁記憶檢測儀器向便捷，智能，易于人機 互交的方向發(fā)展， 希望將來可以通過編程手機軟件， 通過便捷探頭， 用手機就可以對 金屬進行磁記憶檢測。關(guān)鍵詞 ：磁記憶、無損檢測、質(zhì)量1、金屬磁記憶檢測技術(shù)1.1 簡介金屬磁記憶技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代后期出現(xiàn)的一種新型金屬無損檢測技術(shù)

3、 , 該 技術(shù)借助于天然 的地磁場作用 , 金屬內(nèi)部各種微觀缺陷和局部應(yīng)力集中對磁作用的 特殊反應(yīng)機制 , 能夠?qū)﹁F磁性金屬 構(gòu)件進行早期診斷和壽命的評估工作 .檢測原理可以表述為 : 處于地磁環(huán)境下的鐵制工件受工作載荷的作用 , 其內(nèi)部會 發(fā)生具 有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向 , 并在應(yīng)力與變形集中 區(qū)形成最大的漏 磁場H p的變化，如圖1所示.即磁場的切向分量 H p ( x )具有最大 值, 而法向分量 H p ( y ) 改變 符號且具有零值點 , 這種磁狀態(tài)的不可逆變化 在工作 載荷消除后仍繼續(xù)保留通過漏磁場法 向分量H p ( y )的測定K值(K =dH p (

4、 y ) / dx ) , 便可以準(zhǔn)確地推斷出工件的應(yīng)力集中區(qū) . 金屬磁記憶診斷技術(shù)是利用缺陷或 缺陷形成之前的微區(qū)變化在地球磁場作用下主動發(fā)出磁場變化Fig.1 The elementary diagram of magnetic memory test信息的這樣一種特性，間接地判斷鐵磁性部件是否存在缺陷或應(yīng)力集中區(qū)。當(dāng)用磁化器磁化被檢測鐵磁材料時，若材料的材質(zhì)是連續(xù)、均勻的，則材料中的磁感應(yīng)線將被 約束在材料中，磁通是平行于材料表面的，幾乎沒有磁感應(yīng)線從表面穿出，被檢測件表 面沒有磁場.但是，當(dāng)材料中存在著切割磁力線的缺陷時，材料表面的缺陷或組織狀態(tài)變化，會導(dǎo)致磁導(dǎo)率發(fā)生變化，由于缺陷的

5、磁導(dǎo)率很小，磁阻很大，使磁路中的磁通 發(fā)生畸變，磁感應(yīng)線的流向會 發(fā)生變化，除了部分磁通直接通過缺陷或通過材料內(nèi) 部來繞過缺陷外，還有部分磁通會泄露到材料表面上空，通過空氣繞過缺陷再度重新進 入材料，從而在材料表面缺陷處形成漏磁場（如圖2b所示）.a.九鑲陷丄仲的遜第應(yīng)線k有觸陷工忡的灘感應(yīng)熾圖2科無戰(zhàn)陷工件的冊梯應(yīng)城比粒圈Fig 2 Comparison of the magnotk: induction Hine ot the defective and non-defechve workpiece在具有外磁場（地球磁場）存在的條件下，承載的鐵磁部件中會產(chǎn)生應(yīng)力集中 并在應(yīng)力集中 部位出現(xiàn)

6、磁導(dǎo)率減小、工作表面的漏磁場增大的現(xiàn)象，鐵磁性金屬部件 所具有的這一特性稱之為磁機械效應(yīng).由于這一增強了的磁場記憶部件的缺陷或應(yīng)力 集中的位置，故又稱為磁記憶效應(yīng).1.2磁記憶原理通過中碳鋼缺口退磁試件的拉一拉疲勞實驗。 利用磁記憶檢測儀研究不同循環(huán)次 數(shù)下試件應(yīng)力集中區(qū)的離線磁信號變化特征。 結(jié)果表明：試件加載前在缺口部位由于 幾何形狀形成漏磁場而產(chǎn)生一異常波，加載后異常波可能產(chǎn)生反向；當(dāng)循環(huán)加載到一 定次數(shù)后，磁信號曲線趨于穩(wěn)定；而到最后階段，缺口部位的異常波波幅不斷增加.到 斷裂時產(chǎn)生激變。通過消除鋼制夾頭的磁場干擾，提取出僅由應(yīng)力集中引起的磁信號 的最大磁場梯度。從而把整個疲勞過程大致

7、劃分為四個階段。 不同的階段反映了應(yīng)力 集中部位損傷程度的不同變化；基于磁信號特征參量表征的損傷實驗結(jié)果與理論計算 的疲勞損傷演化規(guī)律一致?？捎糜谄趬勖脑缙陬A(yù)測。1.3 疲勞損傷在長期承受交變載荷作用的金屬結(jié)構(gòu)中，疲勞失效是一種主要的破壞形式。由于 疲勞斷裂時的應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料靜載下的強度極限甚至屈服極限， 而且在沒有明顯塑性 變形的情況下突然斷裂， 可能會造成災(zāi)難性的后果。 因此，工業(yè)生產(chǎn)中無損監(jiān)測構(gòu)件 的疲勞損傷過程并預(yù)測其剩余壽命對于保障設(shè)備的安全運行具有重要的意義。為此，壽命評估、可靠性設(shè)計、無損檢測等技術(shù)被用于解決構(gòu)件的疲勞損傷評估 與壽命預(yù)測問題。 傳統(tǒng)的疲勞壽命分析方法主要有名

8、義應(yīng)力法、 局部應(yīng)力應(yīng)變法、 應(yīng) 力場強法等， 但前提條件認(rèn)為材料是均勻無缺陷的， 且參數(shù)較多實驗依賴性強； 而疲 勞失效總是萌生于局部缺陷處如應(yīng)力集中 疲勞破壞理論也從最初的斷裂力學(xué)發(fā)展到 損傷力學(xué)及二者的結(jié)合。由于鐵磁材料的磁性能。如矯頑力、剩磁_一等對疲勞損傷引起的微觀結(jié)構(gòu)變化非常敏感，各種磁測量技術(shù)也用于疲勞損傷的評估中。利用 Preisach遲滯模型來監(jiān)測局部磁滯回線可評估材料的退化狀態(tài)。Barkhause n噪聲技術(shù)可用來判斷疲勞壽命的三個發(fā)展階段。 磁聲發(fā)射強度的變化可用來表征材料的疲勞損 傷程度，進而預(yù)測殘余壽命，但一般來說這些信號都很微弱疲勞損傷是一個不斷累積、 發(fā)展的過程，

9、在疲勞載荷的作用下微觀結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生 變化，伴隨著疲勞損傷的萌生和擴展； 興起于 20世紀(jì) 90年代的金屬磁記憶技術(shù)， 基 于鐵磁材料在循環(huán)應(yīng)力作用下的磁致伸縮效應(yīng)和壓磁效應(yīng)， 構(gòu)件的損傷和應(yīng)力分布可 以通過其表面的磁場分布反映出來， 進而評價應(yīng)力集中及早期損傷。 本工作嘗試用磁 記憶技術(shù)對疲勞損傷的整個過程進行監(jiān)測， 從而反映損傷累積的動態(tài)發(fā)展， 為疲勞損 傷與壽命評估領(lǐng)域提供一種新的解決思路1.4 金屬磁記憶法優(yōu)點金屬磁記憶法與傳統(tǒng)磁測法最大區(qū)別是不僅可以實現(xiàn)對宏觀裂紋的測定 ,而且可以 確定由于應(yīng)力集中造成的損傷， 進而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)剩余壽命的評估， 其物理作用機制 是鐵磁材料在應(yīng)力集中區(qū)會發(fā)

10、生磁疇組織的定向及不可逆的重新取向，在地球磁場的作用下產(chǎn)生自有漏磁場，其外在表現(xiàn)為自有漏磁場沿位錯滑移帶切向分量達(dá)到極大值 而法線方向分量在位錯滑移帶兩側(cè)改變其符號， 出現(xiàn)較大的梯度峰值，由于該檢測方 法具有檢測設(shè)備輕便、操作過程簡單、缺陷識別判據(jù)直觀等優(yōu)點，因此極易于工程應(yīng) 用，但作為一種新型無損檢測技術(shù)，其測試原理的理論物理模型測試結(jié)果的可靠性和 定量化，測試信息的有效利用性等方面還存在許多爭議和不確定之處，本文在簡單介紹其測試原理基礎(chǔ)上，列舉了一些典型工程應(yīng)用實例，并就該方法存在的問題和未來 發(fā)展方向進行。1.5金屬磁記憶方法的物理原理檢測設(shè)備的實際應(yīng)力-變形狀態(tài)，最為有效并且在實踐中得

11、到越來越廣泛應(yīng)用的方法乃是金 屬磁記憶法(MMM)。通過實驗檢測鑰匙和錘子的表面應(yīng)力損傷：圖1.51 1.521鑰匙主要是齒狀的部位發(fā)生應(yīng)力集中，通過圖1.51紅綠交替的地方剛好是圖的前一部位，而圖1.52反映的是是錘子的應(yīng)力集中部位是錘子的錘頭，也就是經(jīng)常 擊打的部位，而不是錘柄。金屬磁記憶方法，乃是技術(shù)診斷領(lǐng)域里的嶄新方向。這是繼聲發(fā)射之后第二個被 動式的檢測方法，它是利用結(jié)構(gòu)自身輻射出的信息。 金屬磁記憶法不僅能檢測處在運 行狀態(tài)下的設(shè)備，也能在設(shè)備修理時進行檢測。同時，金屬磁記憶法除了能早期發(fā)現(xiàn) 正在發(fā)展著的缺陷外，還能進一查明受檢對象的實際應(yīng)力-變形狀態(tài)，找出產(chǎn)生破損的根源。和聲發(fā)射

12、方法比較，金屬磁記憶使用在更為早期的檢測階段，是從外部載荷超過金屬內(nèi)應(yīng)力水平時開始。大多數(shù)低碳鋼，因組織結(jié)構(gòu)的不均勻性造成的平均內(nèi)應(yīng)力水 平，等于60-80MPa,將近材質(zhì)屈服極限的0.3倍。按強度和機械損傷機理，設(shè)備出 現(xiàn)和發(fā)展破損最為不利的情況是復(fù)合型載荷，這時金屬局部受主拉伸應(yīng)力作用，在垂直于該應(yīng)力的平面上滋生裂紋。12 DO1HD00 HOD Hill III400 2UUQ2DD 創(chuàng)(| -600 -mi10(1( -1200ii mu mon BOO uuu 4no2 UO 0?nn -4B0 -fnnimn -1UUU l?nn治了 7潔匸300 10b 1104nHU: v.0

13、510152S 30 in 4045 SO 55 GO 胡 70750 帖 M AS 100 IDE 110051015 M 鵠 JO 3540 話 5D 跖 Gt) t5 7075 AO Q5 M 95100 IDE 110多年從事管道和各種設(shè)備磁場的研究經(jīng)驗表明，金屬發(fā)展損傷的區(qū)域，存在著磁 場強度Hp穩(wěn)定的符號變換線，而正是這一診斷參數(shù)，即 Hp=線，構(gòu)成了金屬磁記 憶檢測設(shè)備方法的基礎(chǔ)。本文力圖詮釋在工作載荷作用下，出現(xiàn)在管件表面上的主 應(yīng)力線這一個磁診斷參數(shù)。拉伸、壓縮、扭曲和周期性載荷作用下的金屬磁記憶效應(yīng)， 最早是在實驗室和工 業(yè)研究中發(fā)現(xiàn)的。磁記憶方法的獨到之處還在于，它利用工

14、作載荷的作用，在穩(wěn)定的 滑移位錯帶區(qū)域產(chǎn)生的自有漏磁場。 存在微弱地球磁場時，在受檢物體應(yīng)力集中區(qū)的表面將形成的漏磁場梯度，使用專門的磁測儀表能確定該梯度值的大小。在位錯聚積區(qū)產(chǎn)生自有漏磁場的機理是源于這些聚積變成和磁疇壁厚相等時磁 疇邊界的固鎖效應(yīng)。任何條件下對工作結(jié)構(gòu)的人工磁化， 都得不到象自有磁場那樣的 信息源，只有象地球磁場這樣微弱的外部磁場， 承載結(jié)構(gòu)上的變形能量，又遠(yuǎn)大于外 部磁場的能量時，才能形成和得到那樣的信息。要想定量評估應(yīng)力集中水平，就得確定通過應(yīng)力集中線（Hp=O線）1磁場Hp法向kin表示應(yīng)力集中區(qū)金屬磁性變化強度，因而也是由磁場（1）式中:Hp變化強度表示的漏磁場梯度

15、分量的梯度值（變化強度）Hp值或應(yīng)力強度磁系數(shù)；一位于 Hp=O線兩側(cè)同等線段上兩檢測點之間磁場 Hp的差數(shù) 模量。這時，線段應(yīng)垂直于Hp=O線。線段對于Hp=O線的垂直位置，是由于這些線段 同最大的拉伸（或壓縮）應(yīng)力方向相重合所決定的。利用金屬磁記憶這一新診斷方法，能從金屬質(zhì)量，實際使用條件和結(jié)構(gòu)特點去綜合評 價部件狀態(tài)。所建議的新檢測方法其原理性的新東西都是什么呢？分析已知的磁無損檢測方法，我們能得出采用這些方法必備的條件是：第一，必須有磁化裝置。第二，傳統(tǒng)的磁無損探傷法僅能在事先知道檢測對象的應(yīng)力集中和缺陷部位的情況下才能使用。第三，已知的磁無損檢測方法，通常得清理受檢金屬表面和完成一系

16、列的準(zhǔn)備工作。 顯然，在長且巨大的結(jié)構(gòu)和設(shè)備上，要想采用傳統(tǒng)的磁檢測方法去全面普查是不可想 象的。例如，專門去磁化管路系統(tǒng)，在一個現(xiàn)代的動力鍋爐上，其管路總長度達(dá)數(shù)百 公里，這個任務(wù)是不現(xiàn)實的。何況每一根鍋爐管件的應(yīng)力集中部位（損傷的發(fā)展根源）， 不可能事先知道，因為影響形成的有各種工藝性、結(jié)構(gòu)性和使用性等諸多因素。眾所周知，多數(shù)由鐵磁材料制造的金屬結(jié)構(gòu)和設(shè)備，在工作載荷作用下，于地球 磁場中經(jīng)受著自磁化”圖1給出了導(dǎo)致殘余磁感應(yīng)增大的磁彈性效應(yīng)，如果在結(jié)構(gòu)的某個部位上加上周期性載荷（7,且有外部磁場（如地球磁場），在該部位就會出現(xiàn)殘余磁感應(yīng)和殘余磁化強度的增長。同這種 自磁化”現(xiàn)象，到處（造

17、船、動力、滾珠軸承行業(yè)以及其他部門）都在進 行著斗爭。而以鍋爐管件為例，研究其使用過程中的自磁化現(xiàn)象之后， 首次建議將該 現(xiàn)象用于技術(shù)診斷的目的。設(shè)備和結(jié)構(gòu) 自磁化”時，表現(xiàn)出不同的磁致伸縮效應(yīng)，但 是，在新的檢測方法中利用的是所有不同形式的磁致伸縮效應(yīng)中的后果，它表現(xiàn)為設(shè)備金屬中實際變形和組織變化的金屬磁記憶形式。圖1周期性載荷作用下磁彈性效應(yīng)原理圖B殘余磁感應(yīng)的變化；“（m pa期性載荷的變化； H外部磁場。通常，最大值和Hp=O線對應(yīng)著最大應(yīng)力集中區(qū)（發(fā)展破損區(qū)），但是，實踐中有 這樣的例子，僅有最大應(yīng)力集中區(qū)和相應(yīng)的缺陷而無 Hp=O零值線，這種特殊情況要 單獨討論。金屬磁記憶-是微弱

18、地球磁場中，受工作載荷作用，受檢物體上出現(xiàn)的，應(yīng)力超出 平均內(nèi)應(yīng)力所造成的磁感應(yīng)強度不可逆的變化。 機械零件和焊接件，其金屬磁記憶表 現(xiàn)為在地球磁場中制造和冷卻后形成的殘余磁化強度，并且反映著他們結(jié)構(gòu)和工藝的 繼承性。金屬磁記憶法-這是一種無損檢測方法，其基本原理是記錄工作載荷作用下設(shè)備在 應(yīng)力集中區(qū)中產(chǎn)生的自有漏磁場金屬磁記憶是記錄工件、 制品和焊接件在地球磁場中制造和冷卻后產(chǎn)生于殘余應(yīng) 力集中區(qū)的自有漏磁場。任何鐵磁件的制造過程（熔化、鍛造、熱處理）都將產(chǎn)生實 際的磁結(jié)構(gòu)，通常，在地球磁場下冷卻時和結(jié)晶時發(fā)生。 在晶格缺陷最集中的部位 （例 如位錯聚積處）和組織不均勻處，形成磁疇邊界固定節(jié)

19、點以漏磁場 Hp 改變符號的形 式出現(xiàn)在工件表面上，同時 Hp=0 線對應(yīng)為最大磁阻抗的截面，且以金屬最大不均勻 組織為特點，而且是最大內(nèi)應(yīng)力集中區(qū)。2、鐵磁結(jié)構(gòu)制件局部應(yīng)力集中區(qū)形成磁偶極子的建議 模型。由工作載荷作用，在局部應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)殘余磁化強度變化和磁偶極子形成的過程，有下列條件：處在閉合磁回路的鍋爐管件，具有一定的殘余磁化強度且處在固定的磁場中，至少是處在地 球磁場中。管件承受工作載荷，形成了應(yīng)力集中區(qū)。本文分別用下列符號表示：MTP- 管件金屬（母體）磁化強度；H3-地球磁場；d eqv由工作載荷形成的管件中的當(dāng)量應(yīng)力；小管件金屬中的內(nèi)應(yīng)力； d未計算在內(nèi)的偶極子應(yīng)力（例如，管件

20、未能充分自補償）；T切線方向應(yīng)力；?Md -局部應(yīng)力集中區(qū)中磁化強度增量（變化）。鍋爐管件實際使用中在未能充分自補償部位（如固定節(jié)點、卡死）將喪失穩(wěn)定性，通常出現(xiàn)扭曲，管件的那種部位其最薄弱截面，受外部載荷作用，生成具有最大金屬變形的應(yīng)力場（d eqv+ 0）管件金屬在該區(qū)域出現(xiàn)穩(wěn)定的滑移位錯帶和場，一直達(dá)到金屬屈服極限。專門研究管件 和板材試件3,5,6表明：出現(xiàn)穩(wěn)定滑移場的瞬間取決于應(yīng)力oi集中的程度和水平（20號鋼和12Cr1MoV 近似為 70-80 兆帕）。在試件表面和金屬中，當(dāng)外部載荷達(dá)到0.3屈服極限時，在應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)以磁場法向分量符號變換線為特征的滑移位錯帶。當(dāng)外部拉伸載荷達(dá)

21、到0.6 屈服極限時，試件的應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)按整個截面發(fā)展的以微塑性為特征的位錯變形。由材料力學(xué)已知，不可逆位錯在大多數(shù)晶體中出現(xiàn)在它最為薄弱的截面上，尤其是，和最大切向應(yīng)力（T方向相近時。顯然理想的和實際的工件強度之間的矛盾是由于位錯時原子的移動 并非按所有場同時出現(xiàn)，這正是所謂位錯的在晶格中出現(xiàn)畸變。這一點于生成滑移位錯帶時表現(xiàn)出來，在周期性載荷作用下，管件的同一部位上，滑移帶變 成穩(wěn)定的且能向金屬的深度和廣度逐漸擴散。位錯沿晶體運動伴有動力學(xué)效應(yīng)：如機械、熱、超聲、磁和電等效應(yīng)。整理位錯運動引起的變形能量超過微弱外部地球磁場能量（H 3）,以及由磁化（MTP）引起的內(nèi)部場能量（Hi）達(dá)到一

22、倍或更多時，晶格體原子的機械和磁力矩，由于磁機械效應(yīng)將不朝向 薄弱磁場H3和Hi方向。同時，弱磁場H3和Hi不光從方向上，且從數(shù)量上積極參與整理位錯聚 積時總磁場的出現(xiàn)和形成。應(yīng)該著重討論一下在位錯聚積區(qū)產(chǎn)生自有磁場的機理并回答：能否在沒有外部地球磁場的條件下,受應(yīng)力集中和變形作用產(chǎn)生上述自有磁場。由磁物理現(xiàn)象已知, 沒有外部磁場的條件下, 鐵磁體中不可能出現(xiàn)殘余磁化。 沒有外部磁場, 僅靠已知的磁機械效應(yīng), 在機械應(yīng)力作用下, 確定金屬磁化現(xiàn)象的企圖, 通常, 都以失敗告終 8。 例如,借助圖 2 所示的實驗裝置可證實這一點。圖2退磁后的鐵磁試件，沒有內(nèi)部磁場 Hi和外部磁場H3條件下測量其

23、表面磁 場的實驗裝置。1-補償電磁線圈；2-非磁化鈦合金試棒；鐵磁性碳鋼試棒（如鋼 3）; 4-退磁用電磁線 圈；5-鐵磁探測式傳感器；6-磁測計；MKP-試棒兩端所加的旋轉(zhuǎn)力矩。試驗過程是：開始用非磁性材料（如鈦合金）制作圓試棒2,且在它的中部螺紋處裝上由碳鋼做成的鐵磁圓試棒 3,這時，圓試棒3的截面要遠(yuǎn)小于圓試棒2的截面， 圓試棒3靠近中部的位置補充車削成錐形，以便在被測磁場區(qū)域早些形成應(yīng)力集中， 試棒圓錐部分固定了鐵磁探測傳感器以便測量磁場（沿圓試棒3軸線）的法向分量。已知，靠近鐵磁傳感器試件表面的法向分量大體上等于內(nèi)部磁場Hi。接著借助磁測計測量試棒3處在地球磁場中初始狀態(tài)時的場。隨后

24、，試棒2和3通過退磁線圈4并同時放入補償線圈1，在那里沒有外部磁場， （圖2上用箭頭指示試棒2和3的移動方向）。圓試棒3退磁后將其放入補償線圈1 中間測量場，并記錄下其零值。然后從相反方向給試棒 2加上旋轉(zhuǎn)力矩 MKP 并同時測量在試棒 3應(yīng)力集中區(qū)的磁場。 借助旋轉(zhuǎn)力矩 MKP 直到把試棒 3 破壞且同時記錄磁場。多次完成這類的試驗表明，鐵磁試棒斷裂區(qū)沒有出現(xiàn)場和相應(yīng)的 Hi 場以及殘余 磁化強度。應(yīng)當(dāng)指出，如果是類似的試驗，要把退了磁的試棒 3 放到地球磁場中，那場在試 棒破壞的瞬間，能從 5-10 安培/米增長到 100-150安培/米或更多。 上述試驗研究成果證實，沒有外部磁場時，位錯

25、聚積（試件破壞前必然要出現(xiàn)）上不 可能出現(xiàn)自有漏磁場。如果把位錯聚積看成是非磁化加入物，那么按 Kersten 模型，非磁化加入物表面 出現(xiàn)磁電荷并且這些電荷的能量值近似的大于鐵磁體邊界層能量的 100 多倍。后來在 磁致伸縮力普通理論的進一步發(fā)展中， Neel 曾企圖計算由非磁化加入物引起的磁化 強度漲落值。 顯示出， 有雙重類型的漲落導(dǎo)致出現(xiàn)分布在物體中的磁電荷， 這些磁電 荷將對應(yīng)一定的能量， 該能量在很大程度上確定著磁疇邊界的位置以及具有外部磁場 時它們的移動。Kersten 討論了鐵磁試件中有強內(nèi)應(yīng)力時磁疇邊界位置變化的條件。 提到，試件退 磁狀態(tài)下磁疇邊界通過應(yīng)力梯度具有零值的區(qū)域

26、。 隨著外部磁場的加入， 磁疇邊界一 直移動直到應(yīng)力梯度沒有變成大到足以阻止磁疇邊界繼續(xù)移動為止。 移動磁疇邊界所 必需的最大場值對應(yīng)著最大的應(yīng)力梯度值。 給出了內(nèi)應(yīng)力梯度條件下磁疇邊界移動的 過程演示圖解。指出，彎曲的磁疇邊界對應(yīng)著同等應(yīng)力的表面形狀（顯然，殘余應(yīng)力 條件下這個部位有應(yīng)力梯度零值） 且磁化強度從磁疇邊界兩側(cè)改變自己的方向！ 這就 必定導(dǎo)致磁電荷的生成以及出現(xiàn)顯著的能量從而去形成磁疇邊界。Bozort 提到，不論 Neel 的加入物理論，還是 Kersten 的應(yīng)力理論都存在共同的缺 點，就是他們沒有考慮到這類條件下產(chǎn)生的與磁電荷相關(guān)的能量。 于是，工作載荷（或 者是卸下載荷時

27、殘余應(yīng)力） 作用下在小磁場中于位錯聚積區(qū)出現(xiàn)磁電荷的條件需要磁 物理專家加以研究。由鐵磁體磁現(xiàn)象物理學(xué)經(jīng)典著作中引用的上述片斷， 在一定程度上明晰了局部應(yīng) 力集中區(qū)形成磁偶極子的機理。 通常，這些區(qū)域?qū)?yīng)為滑移位錯區(qū)并且由于出現(xiàn)最大 法向應(yīng)力場其尺寸不超過管件截面的兩倍或壁厚。這里，磁偶極子尺寸和薄殼的 “臨 界”尺寸相吻合。實踐和實驗室試件研究表明，該偶極子中心（ Hp=0 線）對應(yīng)著變形 符號的變換區(qū)或是產(chǎn)生塑性的變形區(qū)。實踐中觀察到的高數(shù)量級漏磁場，就出現(xiàn)在穩(wěn)定的滑移位錯帶上（滋生裂紋區(qū) 域），用傳統(tǒng)的磁物理現(xiàn)象概念無法加以闡明。大家知道，位錯的磁矩之間，沒有交 換的相互作用， 因為它們

28、之間的距離很大。 可以把位錯聚積看成是順磁氣體且需要很 強的外部磁場， 大約 106 奧斯特，以便在此區(qū)域出現(xiàn)金屬的明顯磁化， 而我們討論的 條件下只有地球磁場，它才有 0.5 奧斯特。 可是實際鐵磁制件總是存在著帶相應(yīng)磁疇邊界排列的殘余磁化強度矩陣。 在工作載荷 作用下（當(dāng)變形能量遠(yuǎn)大于外部磁場能量時） 在穩(wěn)定的滑移位錯帶區(qū)域出現(xiàn)磁疇邊界 矩陣位移，以及在該區(qū)當(dāng)位錯聚積的大小變成和磁疇壁厚相當(dāng)時的磁疇邊界的固鎖。顯然，正是在應(yīng)力（和，相應(yīng)的殘余應(yīng)力）集中區(qū)磁疇邊界矩陣的偏移和閉鎖導(dǎo) 致在這些區(qū)域出現(xiàn)相當(dāng)大的自有漏磁場。從傳統(tǒng)的概念同樣得出結(jié)論， 鐵磁體內(nèi)殘余磁化矢量的方向和符號僅由外部磁場

29、決定。這一概念的合理性， 是同時作用鐵磁體的不同符號載荷和強磁場的大量實驗得 出的。采用金屬磁記憶法檢測鐵磁體的實際經(jīng)驗可證實， 在穩(wěn)定的滑移位錯帶區(qū)域 （當(dāng) 變形能量大于地球磁場能量一個數(shù)量級的條件下） ，金屬磁化矢量能朝相應(yīng)的滑移帶 那面改變符號和方向。位錯壁，通常，沿晶體方向（111）和表面痕跡（110）排列。處在亞邊界平面 （110） 的位錯生成遠(yuǎn)程作用應(yīng)力場類似于由平面位錯聚積的應(yīng)力場。 遠(yuǎn)程作用的應(yīng)力場形成 遠(yuǎn)程磁疇邊界，構(gòu)成按應(yīng)力集中線（ HP=0 線）在鐵磁表面上的自有漏磁場?？梢约俣ǎ瑧?yīng)力集中區(qū)里位錯壁和磁疇邊界矩陣相重合。這種情況下，可以說是 前邊討論條件下表現(xiàn)出的磁機械效

30、應(yīng)。研究條件下地球磁場扮演著 “引信 ”場的角色，沒有它就不可能有磁疇邊界矩陣。位錯聚積本身的總磁矩異常微小，而且沒有地球磁場時他們就不可能被查找出 來。所以，應(yīng)當(dāng)指出，檢測奧氏體（順磁）管件實踐所查明的事實：應(yīng)力集中區(qū)（位 錯聚積區(qū)）自有漏磁場值不超過地球磁場值。檢測鍋爐管件時，去掉工作載荷后，應(yīng)力集中區(qū)（偶極子中心）顯然對應(yīng)著殘余 應(yīng)力零梯度，而沿偶極子中心兩側(cè)， Hp 場最大值區(qū)對應(yīng)著最大的殘余應(yīng)力 （拉伸或 壓縮）區(qū)。這一對應(yīng)關(guān)系需要研制專用模型加以證實。某種程度上，那種模型已被研制了。依據(jù)上述討論，可以得出有關(guān)管件和其他設(shè) 備應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生自有漏磁場條件的結(jié)論。自有漏磁場由三個因素決

31、定：-產(chǎn)生于位錯聚積和位錯滑移穩(wěn)定帶區(qū)域的磁電荷；-磁彈性效應(yīng)和磁機械效應(yīng)；-存在外部弱磁場（至少是地球磁場）。由于應(yīng)力集中區(qū)位錯滑移穩(wěn)定且具有方向性，于管件表面出現(xiàn)磁偶極子，這些磁 偶極子由于磁機械和次彈性效應(yīng)，同時反映出I, U和川類應(yīng)力宏觀和微觀的之間的有機聯(lián)系。3、非結(jié)構(gòu)鐵磁制件依照傳統(tǒng)概念，例如，鑄鋼件冷卻時，低于居里溫度點沒有外部磁場（雖然不大的地球磁場總是存在的）鑄件中不產(chǎn)生殘余磁化強度，且鑄件整體的磁矩等于零。這 可由某些磁疇任意自行定向加以說明。這種概念解說是站得住腳的，一方面，它說明為什么未磁化物體鐵磁材料的原子 磁性沒有表現(xiàn)出來，另一方面，用來解說物體磁化時，包括磁致伸縮

32、的全盤現(xiàn)象。由傳統(tǒng)的概念同樣得出。如果某種形狀的鐵磁材料放入外部磁場He,它的殘余磁化強度M分布（去掉場后）以及總的磁矩是由He場方向、該試件形狀和退磁因素N （見圖3）決定。測量磁場強度法向分量得到它近似的分布如圖 3所示，而該場零 值嚴(yán)格地處在試件中部。與此同時，殘余磁化強度 M的分布，對應(yīng)為圖3，B所示。實際上，如前所述，基本處理工藝（熔化、鍛造、熱處理）金屬工件生產(chǎn)過程都 出現(xiàn)在具有，至少，外部地球磁場下，而且所有工件，通常，有組織不均勻性。所以 金屬制件冷卻低于居里點在地球磁場中結(jié)晶時，所形成的磁組織也相應(yīng)帶有結(jié)構(gòu)的不均勻性。這時在大位錯聚積和其他不均勻組織上形成磁疇邊界，且工件冷卻

33、后其殘余 磁化強度的分布，通常，不是圖3B上的理想分布。參與形成金屬工件實際組織的有 川類和U類（相應(yīng)在晶格和顆粒水平）的內(nèi)應(yīng)力（ 6）。試驗室及工業(yè)研究結(jié)果表明，實際工件上的 Hp=O線可分布在不同區(qū)域且對應(yīng)著 缺陷集中部位和內(nèi)部應(yīng)力集中線（應(yīng)力集中線）。而應(yīng)力集中線依其在具體工件上的 分布與外部載荷作用方向的關(guān)系能導(dǎo)致其加強或反之削弱。Xa為證實這一假說，在斷裂試驗機上，用鐵磁體鋼試件做了專門試驗，試驗表明， 應(yīng)力集中線與外部載荷成垂直分布的試件比應(yīng)力集中線與外部載荷成角度或同軸的 試件強度低。基于上述研究開發(fā)了機械零件和工件生產(chǎn)過程中損傷趨勢的快速檢測方法，圖4是新汽輪機葉片的檢測結(jié)果。

34、圖4A應(yīng)力集中線位于葉片根部且垂直于主（離心）工 作載荷，這種葉片不建議投入使用。圖4B應(yīng)力集中線沿葉片體且對主工作載荷不構(gòu) 成危險。以自有漏磁場法向分量零值為特征的建議診斷參數(shù)適用于運行中的各種工件和 機械零件。圖5A是沿電動機軸母線記錄下的場法向分量分布以及以Hp場零值線為特征的應(yīng)力集中線位置的例子。yHp=O殘根區(qū)y應(yīng)力集中線Hp=O疲勞損傷圖5圖5B是顯示上述軸沿Hp =0線脆性疲勞破損的片斷。測量疲勞斷裂線邊界上Hp 場時，記錄下的該場（Hp=0線）符號變換。這個案例清楚地表明所制定規(guī)律對運行 中工件的正確性。工件表面（或斷面）場法向分量的符號變換線對應(yīng)為變形的符號變 換線。所建議的

35、檢測方法中依據(jù)的數(shù)量判據(jù)是查出的垂直相交于應(yīng)力集中線的Hp場的梯度（Hp=0線）。同時，場梯度值在應(yīng)力集中區(qū)，（載荷作用下工件滑移場分布區(qū)）表征工件體積 中（按寬度和深度）位錯聚積密度（P。疲勞損傷區(qū)如圖5B所示，顯然，位錯滑移 場在軸破損前就已形成。這里應(yīng)當(dāng)指出，穩(wěn)定滑移位錯帶的尺寸（深度和寬度）從一個微米（能顯著查出 階段），到他們變成裂紋階段的數(shù)十微米。不乏實際事例，沿Hp =0線（按KIN最大值）打磨金屬0.5-0.6mm深度，對應(yīng)穩(wěn) 定滑移位錯帶的Hp =0線完全消失，穩(wěn)定滑移位錯帶完全消失（Hp =0線消失）的最 大深度，目前在實踐中查明的是 3-4mm。沿Hp =0線研究金相圖時

36、不止一次地發(fā)現(xiàn)從一到數(shù)十微米的微裂紋，這種尺寸的裂紋處在傳統(tǒng)檢測方法靈敏度之外，顯然，生成裂紋之前穩(wěn)定滑移帶的極限尺寸和檢測對象以及金屬機械性能有關(guān)。位錯聚積上的內(nèi)應(yīng)力C正比于。大家知道，穩(wěn)定滑移位錯帶和他們相應(yīng)的最大聚 積出現(xiàn)在切向應(yīng)力（T作用的剪切變形條件下，切向應(yīng)力也正比于：rt =A?G?b?，式中：A-常數(shù)，等于0.3-0.6; G-剪切模數(shù)；b -Burgers矢量。由上述文獻和所作的研究得出，磁場梯度值在所建議的檢測方法中正比于位錯密 度且相應(yīng)為（Toi應(yīng)力集中區(qū)按磁場梯度確定金屬極限狀態(tài)的方法，在俄羅斯、波蘭、中國辦理了 專利。4. 結(jié)論4.1應(yīng)力集中在材料斷面急劇變化，結(jié)構(gòu)形

37、狀急劇變化，材料內(nèi)部有氣孔、夾渣等缺陷，斷面 開孔等部位，應(yīng)力比正常值高出許多，這種現(xiàn)象就叫應(yīng)力集中。對于由脆性材料制成的構(gòu)件，應(yīng)力集中現(xiàn)象將一直保持到最大局部應(yīng)力到達(dá)強度 極限之前。因此，在設(shè)計脆性材料構(gòu)件時，應(yīng)考慮應(yīng)力集中的影響。對于由塑性材料 制成的構(gòu)件，應(yīng)力集中對其在靜載荷作用下的強度則幾乎無影響。所以，在研究塑性 材料構(gòu)件的靜強度問題時，通常不考慮應(yīng)力集中的影響。彈性力學(xué)中的一類問題，應(yīng)力在固體局部區(qū)域內(nèi)顯著增高的現(xiàn)象。 多出現(xiàn)于尖角、孔 洞、缺口、溝槽以及有剛性約束處及其鄰域。應(yīng)力集中會引起脆性材料斷裂；使物體產(chǎn)生疲勞裂紋。在應(yīng)力集中區(qū)域，應(yīng)力的最大值（峰值應(yīng)力）與物體的幾何形狀和

38、加 載方式等因素有關(guān)。局部增高的應(yīng)力值隨與峰值應(yīng)力點的間距的增加而迅速衰減。由于峰值應(yīng)力往往超過屈服極限（見材料力學(xué)性能）而造成應(yīng)力的重新分配，所以，實 際的峰值應(yīng)力常低于按彈性力學(xué)計算出的理論峰值應(yīng)力。反映局部應(yīng)力增高程度的參數(shù)稱為應(yīng)力集中系數(shù)k，它是峰值應(yīng)力與不考慮應(yīng)力集中時的應(yīng)力的比值，恒大于 1 且與載荷大小無關(guān)。在無限大平板的單向拉伸情況下，其中圓孔邊緣的k二3；在彎曲情況下，對于不同的圓孔半徑與板厚比值，k = 1.83.0;在扭轉(zhuǎn)情況下，k= 1.64.0。1898年德國的G.基爾施首先得出圓孔附近應(yīng)力集中的結(jié)果。1910年俄國的GV. 科洛索夫求出橢圓孔附近應(yīng)力集中的公式。20

39、世紀(jì)20年代末，蘇聯(lián)的N.I.穆斯赫利 什維利等人把復(fù)變函數(shù)引入彈性力學(xué)，用保角變換把一個不規(guī)則分段光滑的曲線變換 到單位圓上，導(dǎo)出復(fù)變函數(shù)的應(yīng)力表達(dá)式及其邊界條件， 進而獲得一批應(yīng)力集中的精 確解。各種實驗手段的發(fā)展也很快，如電測法、光彈性法、散斑干涉法、云紋法等實 驗手段（見實驗應(yīng)力分析）均可測出物體的應(yīng)力集中。近年來計算機和有限元法以及 邊界元法的迅速發(fā)展，為尋找應(yīng)力集中的數(shù)值解開辟了新途徑。為避免應(yīng)力集中造成 構(gòu)件破壞，可采取消除尖角、改善構(gòu)件外形、局部加強孔邊以及提高材料表面光潔度 等措施；另外還可對材料表面作噴丸、輥壓、氧化等處理，以提高材料表面的疲勞強 度。4.2應(yīng)力集中造成原因

40、一種是結(jié)構(gòu)自身，一種是加載，加約束不當(dāng)造成比如你加載，加約束的單元尺寸 過小，增大單元尺寸可以減小還可以加彈性墊塊來減?。?還可以控制網(wǎng)格劃分，在應(yīng) 力集中的部位要控制過小單元出現(xiàn)應(yīng)力監(jiān)測一般是指在建構(gòu)筑物施工過程中，如鋼結(jié)構(gòu)安裝、卸載、改造、加固， 混凝土澆筑等過程，采用監(jiān)測儀器對受力結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化進行監(jiān)測的技術(shù)手段，在監(jiān)測值接近控制值時發(fā)出報警，用來保證施工的安全性，也可用于檢查施工過程是否合 理。4.3應(yīng)力測試定義應(yīng)力監(jiān)測一般是指在建構(gòu)筑物施工過程中，如鋼結(jié)構(gòu)安裝、卸載、改造、加固，混凝土澆筑等過程，采用監(jiān)測儀器對受力結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化進行監(jiān)測的技術(shù)手段，在監(jiān)測值接近控制值時發(fā)出報警，用來保證施工的安全性，也可用于檢查施工過程是否合 理。4.4應(yīng)力應(yīng)變測試