45#板材试块金属磁记忆检测技术试验研究-开题报告

XX大学毕业设计（论文）开题报告 题目 45#板材试块金属磁记忆检测技术试验研究专 业 名 称 测控技术与仪器 班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日一、选题的依据及意义：金属磁记忆检测技术是近年来兴起的一种新型的无损检测方法，它利用铁磁构件的磁记忆信号可以确定被测对象上以应力集中为特征的危险部位，被认为是迄今为止，唯一能够对铁磁部件进行早期诊断，防止因突发性的疲劳损伤造成严重事故的无损检测方法。通过对磁记忆检测理论指的学习，了解到构件中应力集中区的形成会积聚相当高的应力能，此时为了使铁磁构件内的总自由能趋于最小，在磁机械效应的作用下必将引起构件内部的磁畴在地球磁场中做畴壁的位移甚至作不可逆的重新取向排列，以增加磁弹性能的形式来抵消应力能的增加。同时，为抵消应力能，在磁机械效应的作用下引发的磁畴组织的重新取向排列亦会保留，并在应力集中区形成类似缺陷的漏磁场分布形式，磁场切向分量Hp(x)为局部极大值，而法向分量Hp(y)的符号发生改变，且具有过零点特征。在采用二维的李萨如图检测方法时，可以同时反映出Hp(x)、Hp(y)两种信号的特征状态，避免了应力集中部位带有缺陷特征的信息丢失。并且，李萨如图中出现的封闭环的大小会随着应力集中程度的增加而呈增大趋势，故可以利用该封闭区域来检测应力集中位置。单一的切向或法向分量作为磁记忆信号的特征值会出现漏检和误判等不足，且不能对应力集中部位进行定量分析。而采用李萨如图的磁记忆二维检测方法同时将法向和切向两个分量作为特征值来进行分析，不仅可以有效地减少检测误差，还能用缺陷环的大小来判断应力集中的程度，从而为磁记忆检测的定量分析提供了一种新方法。二、 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：2.1、国内外研究现状2.1.1、国外研究现状最初的磁记忆检测是由俄罗斯专家Doubov教授提出：磁记忆现象的出现是由于工件载荷作用下在铁磁材料内部形成位错稳定滑移带，高密度的位错积聚部位形成磁畴边界(位错壁垒)，产生自有漏磁场。目前该种方法主要在前苏联和东欧的一些国家和地区得到推广和应用,西方国家无损检测学界对这项技术的研究尚不够深入。磁记忆检测技术从提出到应用已有20余年的历史,在许多领域得到了有效应用。前苏联解体后, Doubov教授在俄罗斯成立了动力诊断公司,负责向世界各国推广这项技术。利用该项技术,对拉伸试验机上的铁磁性试件的拉伸过程进行了检测。研究表明,利用该项技术可以准确预报将要拉断的位置。从铁磁学和金属材料学的微观角度解释了之所以产生这种结果的机理。利用磁记忆检测技术对涡轮发动机转子叶片的检测,显示了该项技术在重要工业设备安全评估中的巨大潜力。对于整锻涡轮叶片的检测,通过磁场Hp的突变区域,找出了叶轮槽内正在发展的裂纹,有效避免了重大事故的发生。若从电磁学角度出发的电磁感应说，即铁磁性材料垂直于地磁场作用方向的横截面积，在定向应力作用下会发生应变，因而通过此横截面的磁通量会发生变化。由电磁感应定律知，该截面上必然产生感应电流，并激励出感应磁场使工件磁化。又如基于铁磁学基本理论的能量平衡说，即磁记忆效应产生的内在原因是金属组织结构的不均匀性，材料内部不均匀处会出现位错，在地磁场环境中施加应力，则会出现滑移运动，其结果会引起位错的增殖，产生很高的应力能。能量平衡的结果，使得铁磁零件内部磁畴的畴壁发生不可逆的重新取向排列，由于金属内部存在多种内耗效应，使得动载衙消除后，在金属内部形成的应力集中区会得以保留。为抵消应力能，磁畴组织的重新排列也会保留下来，并在应力集中区形成类似缺陷的漏磁场分布形式，即磁场的切向分量为最大值，而法向分量符号发生改变，且具有过零值点。2.1.2国内研究状况在磁记忆检测技术应用研究方面，大庆石油学院开展的对带有预制焊接裂纹的球型容器、爆破试验后破裂的管件和带有焊接缺陷的管件进行了磁记忆检测实验研究，利用已知评价标准，准确找出了构件中的缺陷，充分验证了金属磁记忆方法的有效性。然而磁记忆检测技术能否得到有效应用的关键是检测设备。而检测设备的核心是磁敏传感器的研制。很多敏感器件如霍尔磁敏元件、铁磁线圈和磁敏电阻等，从原理和技术指标衡量，都可以应用于磁记忆传感器的研制。继俄罗斯动力诊断公司推出第一台磁记忆检测传感器后，国内已经相继推出了基于霍尔元件的磁记忆传感器和基于磁敏电阻的磁记忆传感器。进行针对弱磁测量的传感器研制，是磁记忆检测技术研究的一个重要方面。虽然磁记忆检测技术在我国从开始应用到现在只有短短几年的时间。但磁但记忆检测技术在我国无损检测学界引起了巨大兴趣和反响,现已有论著、文章和检测仪器陆续出现。例如中国科学院上海精密机械研究所等单位开展的利用地磁场检测钢球表面裂纹的可行性研究，表明钢球被地磁场磁化后，从位于地磁场中的磁阻传感器采样得到的信号就能够分辨出钢球表面缺陷，为磁记忆技术在轴承检测中的应用提供了可行性方案。黄松岭等研究了焊缝附近残余应力分布和试件表面磁感应强度垂直分量的关系，研究表明，二者具有较好的一致性。北京理工大学在北京市自然科学基金资助下，和俄罗斯动力诊断公司及北京科技大学的研究人员开展合作，探讨磁记忆检测技术在应力腐蚀领域的应用在机理研究方面,近来国内的文章分别从不同角度解释了磁记忆效应的产生机理。北京理工大学在北京市自然科学基金资助下,和俄罗斯动力诊断公司及北京科技大学的研究人员开展合作,探讨磁记忆检测技术在应力腐蚀领域的应用,目前此项研究正在进行。磁记忆检测技术能否得到有效应用的关键是检测设备,而检测设备的核心是磁敏传感器的研制。很多敏感器件如霍尔磁敏元件、铁磁线圈和磁敏电阻等,从原理和技术指标衡量,都可以应用于磁记忆传感器的研制。继俄罗斯动力诊断公司推出第一台磁记忆检测传感器后,国内已经相继推出了基于霍尔元件的磁记忆传感器和基于磁敏电阻的磁记忆传感器。进行针对弱磁测量的传感器研制,是磁记忆检测技术研究的一个重要方面。2.2、金属磁记忆检测技术的发展作为一种新兴的检测技术金属磁记亿检测法在拥有广阔的应用前景的同时，其基础理论和检测手段都有待完善，目前尚存在磁记忆现象明确而机理模糊、检测标准未定量化、对“危险区”的评判手段仍不完善等诸多急需解决的问题，还需进行大量研究。对磁记忆的研究涉及磁性物理学、铁磁学、金属材料学、弹塑性力学、断裂力学、磁弹性理论、信号与系统分析等多个学科的知识。而且缺陷的定量检测是一个十分重要的问题。磁记忆效应实质上是一种广义的漏磁场效应，和漏磁检测一样，也应该可以进行定量化研究。但总体说来，这方面的研究还有待于深入，对于缺陷大小、形状和磁记忆参数之间的关系，还未见到系统的实验研究。这方面的研究进展,对于工程检测实践具有重要价值和意义。在进行磁记忆机理研究时,可以更系统地开展实验研究,例如微裂纹在萌生初期至扩展阶段乃至产生宏观裂纹的整个过程,裂纹周围的磁场分布情况和应力之间的关系问题。可以通过预制人工缺陷,在疲劳试验机上进行循环加载,实现微裂纹的萌生与扩展,利用金属磁记忆检测仪记录裂纹处磁场分布,利用X射线探伤法、金相显微分析法、电镜分析法和能谱分析法等现代材料学分析测试手段,对裂纹形状、裂纹处的金相组织、应力分布等进行精确分析,总结缺陷形状的特点并进行分类,根据实际微缺陷的几何形状特点,归纳经验公式。三、研究内容及实验方案：3.1、研究内容研究当材料在低于静强度极限的交变应力的持续作用下，萌生多种类型的的微观内部缺陷，以磁性物理学、材料学、损伤与断裂力学、位错理论为指导，探讨磁记忆效应的本质。通过磁场的切向分量Hp（x）具有最大值，而法相分量Hp（y）改变符号且具有零值点。利用测磁仪器通过测定铁制工件表面Hp（y）量的变化强度便可以很准确的推断工件内部残余应力集中的区域。通过分析应力集中位置磁记忆信号的分布特征，得到磁记忆信号特征参量在疲劳过程中的变化规律，从而以此为基础做磁记忆信号检测方向的基础性研究。3.2、实验方案3.2.1. 查找外文翻译，搜集和整理资料，了解磁记忆检测方面的技术发展及相应应用。3.2.2. 设计实验方案，根据试验方案选取材料做低周疲劳试验，根据材料特性和疲劳试验机对材料进行尺寸设计。3.2.3. 测量不同疲劳阶段下材料的法向和切向磁信号，利用origin软件对测量的值分别进行数据处理，研究不同疲劳阶段下磁信号的变化规律，从中得出试件在试验过程中的各个阶段的二维磁记忆特征曲线及李萨如图。3.2.4. 通过对以上数据的分析，来检测了解不同缺口钢在同样负载力情况下磁记忆信号的变化，观察缺陷开口对磁记忆信号特征参量的影响。3.2.5. 结合切向法向两个方向上的磁信号，进行二维检测分析，利用二维磁记忆特征曲线对不同疲劳阶段的试件进行定量分析。 图3.1 试件结构示意图图3.2 中心缺孔示意图图3.3 中间缺陷示意图四、目标,主要特色及工作进度4.1研究目标采用同时提取法向和切向磁记忆信号的二维检测方法，研究磁记忆信号的分布，从而形成完整有效的二维磁记忆检测方法。4.2主要特色采用二维的检测方式，同时提取法向和切向磁记忆信号，使检测结果有更精准的对比。比单一的检测方法更加可靠，可以作为磁记忆检测定量分析的判据，并可望为磁记忆检测定量化打下基础，通过进一步的研究，在今后的磁记忆检测定量化分析中得到实际应用。4.3工作进度1.英文资料翻译及相关资料检索 2月24日3月15日2.开题报告的完成 3月15日3月20日3.学习磁记忆检测的原理、方法 3月21日4月15日4.相关试件的设计及制作 4月16日5月12日5.实验 5月13日5月28日6.数据分析及相关参数的修正 5月29日6月11日7.试件磁信号结果分析 6月12日6月01日8.撰写论文 、准备答辩 6月02日6月20日五、参考文献：1.任吉林，林俊明，等.金属磁记忆检测技术M中国电力出版社，20002.任吉林，邬冠华，等.金属磁记忆检测机理的探讨J无损检测，2002，24（1）：29-313任吉林，罗声彩，王进，等.金属磁记忆二维定量检测试验研究C全国第九届无损检测学术年会论文集上海：2010，473-4814.任吉林，王进，范振中，等一种磁记忆检测定量分析的新方法J仪器仪表学报，2010，31（2）：431-4355.任吉林,林俊明.电磁无损检测M.北京:科学出版社,2008:377-379.6.仲维畅.金属磁记忆法诊断的理论基础.无损检测,2001