基于OPWP算法力磁耦合磁记忆信号特征研究

铁磁材料的塑性变形是严重影响其使用安全的隐患,对其有效检测可以预防破坏事故的发生。磁记忆检测技术可以实现对应力集中引起的材料塑性变形的检测。本文基于密度泛函理论建立铁磁晶体磁记忆检测模型,采用正交化平面波赝势法(OPWP)计算了体心立方晶体结构的铁在塑性变形后力磁耦合磁记忆检测信号的变化特征。结果表明:铁磁材料在塑性变形后晶格结构及能带分布发生改变,仍表现一定的铁磁性但磁性减弱。在受力过程中,晶体内部电子间交换关联作用过程改变,进而导致晶体能带向低能带底移动,轨道电子分布局域性增强,力磁耦合程度减弱。自旋向上和自旋向下的电子态密度分布改变,原子磁矩减小。宏观表现为:磁记忆信号强度下降,磁场变化率与未塑性变形铁相比减小,实验曲线斜率降低,材料整体磁特性减弱。     

基于磁记忆的油气管道应力损伤检测方法研究

应力集中是油气管道损坏的关键因素,对管道安全构成重大威胁。对其进行有效检测,既可发现由应力集中引起的机械损伤亦可实现对管道早期损伤的预判。磁记忆检测技术作为一种应力检测方法得到了业界认可。从能量平衡角度出发,分别从宏观和微观的角度对应力作用下的铁磁体磁记忆信号特征进行分析,建立应力与材料磁化率及原子磁矩之间的理论关系模型。采用基于第一性原理的CASTEP软件对铁碳金属体系的磁记忆力磁耦合过程进行仿真。结果表明,铁磁体在外力作用下,体系能量将重新平衡并达到稳定状态,电子能带及态密度分布特征发生改变,导致材料磁性下降,原子磁矩及材料磁化率随应力增大呈线性减小的变化趋势。通过对含裂纹管道的磁记忆检测,验证了应力损伤磁记忆检测方法的理论分析正确性及工程应用有效性。     

基于FLAPW算法屈服极限磁记忆信号特征的研究

磁记忆法可以有效判断铁磁性金属构件的应力集中区域。但是,目前铁磁性构件屈服极限处的磁记忆信号特征尚不明确,因此难以根据磁记忆信号对构件的使用寿命进行有效评估。根据电子自旋理论和洪德法则,建立了磁力学模型,分析了材料电子壳层的电荷密度、原子磁矩与磁记忆信号的关系,基于全势线性缀加平面波法(FLAPW),计算了铁磁性金属构件屈服极限前后系统能量、原子磁矩、电子自旋分布以及电荷密度的变化规律,分析了屈服极限前后的磁记忆信号特征。研究结果表明:铁磁性构件在屈服极限前,随着应力增加,电荷密度和原子磁矩减小,磁记忆信号与应力呈线性变化关系,具有很好的重复性;在屈服极限后,由于铁磁性金属构件的加工硬化能力减小,随着应力继续增加,电荷密度与原子磁矩增加,磁记忆信号出现反转特性。     

磁记忆信号定量分析的电子交换模型及性能

磁记忆法可以有效地判断铁磁性金属构件的应力损伤区域。但是,磁记忆自发漏磁信号形成机理和影响因素复杂,不同应力集中程度的磁记忆信号特征很难得到定量化分析,严重影响了该项技术的实际应用。根据电子自旋理论,建立了s-d轨道电子交换模型,计算了晶体屈服前后电子自旋态密度、原子磁矩、晶格尺寸的变化规律,进而定量分析磁记忆信号与应力集中程度的对应关系。研究结果表明,磁记忆信号与应力成一一对应的线性变化关系。晶体在屈服前,磁记忆效应主要由d轨道电子自旋作用决定,磁记忆信号与应力的对应关系具有很好的可重复性;晶体发生屈服后,电子自旋交换作用增强,d轨道电子自旋作用减弱,s轨道电子自旋作用增强,磁记忆信号变化幅度减小,磁记忆效应整体减弱。     

基于密度泛函理论的磁记忆信号产生机理研究

与传统的无损检测技术相比,金属磁记忆方法对铁磁材料早期损伤的诊断更为有效.为了研究磁记忆自发漏磁信号的产生机理,采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势算法建立了磁力学模型,在此基础上,通过计算晶格结构、原子磁矩、系统能量与力的定量变化关系来研究力对材料磁性能的影响,进而分析力与磁记忆自发漏磁信号的关系.研究结果表明:外部载荷作用导致晶格畸变是磁记忆信号产生的根本原因,并且流水静压力导致的晶格畸变比正压力导致的晶格畸变对自发漏磁信号的影响要大;常温下理论计算得到的磁记忆信号随压力增加而线性变化的规律与实验结果具有很好的一致性.     

基于LAPW算法磁记忆信号相变特性的研究

当应力达到临界屈服点时,铁磁性金属构件将产生塑性形变,造成重大的安全隐患。金属磁记忆检测技术可以快速、有效地检测出应力集中区域,但是,目前尚无有效的方法对临界屈服点处的磁记忆信号特征进行定量化分析。采用基于密度泛函理论的线性缀加平面波法(LAPW),建立了磁力学耦合模型,分析了临界屈服点的磁记忆信号特征,计算了弹性形变和塑性形变范围内,体系的差分电荷密度、原子磁矩、晶格结构随应力的变化关系。研究结果表明:随着应力的增加,固体中原子之间的结合力逐渐减弱,晶格结构的稳定性变差;当应力达到临界屈服点时,固体发生相变,磁记忆信号产生突变,磁记忆效应减弱。理论计算结果与实验结果具有很好的一致性。     

螺纹连接承载过程的力-磁关系研究

研究了单轴拉伸载荷作用下螺纹连接试件表面弱磁信号的变化。运用有限元方法,对受拉伸载荷作用的螺纹连接件进行应力分布计算,并将结果与测得的磁信号分布进行对比,得到了应力集中和局部塑性变形与磁记忆信号变化的对应关系。总结了磁信号随应力变化的趋势与材料的弹塑性变形之间的关系,探讨了用磁记忆检测结果判别铁磁性构件中是否发生塑性变形的可能性。     

地磁场中应力对磁畴组织结构影响的试验研究

金属磁记忆检测技术是一种能对铁磁构件早期损伤进行有效诊断的无损检测技术。为进一步探索研究金属磁记忆检测的机理,选用粉纹法对Q235平板试样的磁畴结构进行观察,研究地磁场中不同应力状态下该铁磁材料的磁畴结构的变化特征,并且利用高精度弱磁检测装置获取其试件表面的漏磁信号规律。试验结果表明:随外载荷的改变,被观察部位的磁畴类型、畴壁形态有显著性变化,且不同区域的磁畴转变快慢不同但变化趋势相近;同时,随外载荷的增大,试件表面漏磁信号增大。验证了地磁场中铁磁材料的磁畴结构受应力作用发生磁畴移动与转向,并且在应力撤出后这种改变得以保留的规律。为铁磁材料磁记忆检测微观机理的进一步探索研究提供可靠、有效的试验依据。     

基于Kp微扰算法的磁场中MMM信号特征的研究

金属磁记忆(MMM)法可以对铁磁性金属构件微观损伤区域进行早期预判和评估,但是磁记忆信号很容易受到外界强磁场的干扰,给检测结果带来偏差。为研究磁场强度对磁记忆信号的影响规律,采用Kp微扰算法,在K空间,通过有效玻尔磁子数p建立多元超原胞磁力学模型,计算在外界磁场作用下,磁力学定量变化关系。研究结果表明,在外界磁场作用下,电子轨道运动增强,晶格结构发生畸变,原子磁矩增大。当磁场较小时,磁记忆信号随外界磁场强度增大而线性增大;当磁场强度达到临界值时,原子磁矩近似等于独立原子的磁矩,磁记忆信号趋于定值;当磁场强度大于临界值以后,应力集中区的磁记忆信号将被磁场覆盖。磁记忆检测实验结果与理论分析结果具有很好的一致性。     

基于NCPP平面波算法磁记忆信号特征研究

磁记忆检测技术能够对铁磁性金属构件的应力集中区和微观裂纹进行有效的检测。但是,由于缺乏科学的理论解释和系统的实验研究,磁记忆信号特征和磁力学定量变化关系至今没有定论,严重影响了该项技术的发展。本文利用固体电子理论,采用模守恒赝势(NCPP)算法建立了全电子势磁力学模型,计算了固体屈服时,原子磁矩、晶格结构及磁记忆信号的变化特征。计算结果表明:固体的原子磁矩、晶格常数和漏磁信号强度与应力成线性变化趋势,当应力集中程度达到固体的屈服强度时,晶格结构发生畸变,磁记忆信号会产生突变。本文的实验结果与理论计算结果具有很好的一致性。     

基于GGA算法磁记忆检测模型的研究

磁记忆法可以对铁磁性材料应力集中区域进行有效的检测,但是,磁记忆现象产生的物理本质尚没有定论,无法实现定量化测量.为了研究磁记忆信号的定量变化规律,利用固体能带理论,建立了磁记忆检测模型,采用广义梯度(GGA)算法计算电子自旋条件下,外力场作用和掺杂作用对材料磁记忆特性的影响.研究结果表明:外力作用下,电子自旋态密度分布和晶体能带结构发生变化是磁记忆现象产生的基础.压应力增加,磁记忆信号线性增大;拉应力增加,磁记忆信号线性减小.此外,掺杂作用会影响材料的磁特性,但不会影响磁记忆信号的变化规律.     

基于LMTO算法磁记忆屈服信号的定量化分析

磁记忆法对铁磁性金属构件的应力集中区域具有很好检测效果。但是,目前构件在弹性阶段和塑性阶段的磁记忆信号特征很难被区分,从而无法对构件的应力集中程度和使用寿命进行有效评估。基于固体电子理论建立了磁记忆效应的边界滑移模型,利用线性化M-T轨道算法(LMTO)计算了固体在弹性、塑性阶段,系统的能量变化、不同轨道电子的自旋态密度的变化情况,进而定量分析了构件发生屈服后的磁记忆信号变化规律。研究结果表明,应力集中程度与系统边界滑移能量呈线性正比例关系,与电子自旋态密度峰峰值、磁记忆信号呈线性反比例关系;构件发生塑性形变后,体系能量和电子自旋发生不可逆的变化,磁记忆信号曲线出现转折点;构件每发生一次塑性变形,磁记忆信号初始值都会变小,曲线斜率变小。     

用磁处理方法消除刀具中的应力

<正> 一种相当古老的科学原理正在当今的工具工业中得到新的应用。磁致伸缩是铁磁材料的一种属性,当这类材料补磁化时,它的尺寸就会发生肉眼难以观察到的变化,这种变化是由于磁化使原子两极发生转动而排列成同一方向,从而引起微小的塑性变形而导致应力的消除和残余应力更均匀地分布。靠加热或机械振动来消除应力的方法在许     

面向再制造的510L钢疲劳裂纹扩展磁记忆检测

为探索磁记忆信号在铁磁性材料裂纹扩展过程中的变化规律,以510L钢为研究对象,采集裂纹扩展过程不同区域的磁记忆信号,计算裂纹尖端的应力强度因子,分析疲劳断口形貌,探讨金属磁记忆方法对铁磁材料疲劳损伤与裂纹扩展检测的可行性,并建立裂纹尖端磁记忆信号梯度Kmax值和应力强度因子KI之间的关系。结果表明:M(T)试样宏观切口处的磁记忆信号特征量比裂纹尖端应力集中处的磁记忆信号特征量明显;梯度Kmax值和应力强度因子KI在疲劳循环累积下均呈指数形式增加,从断裂力学角度说明Kmax反映疲劳累积损伤的可行性;磁记忆信号特征量ΔHp(y)及Kmax可以反映经过不同服役期的510L钢损伤情况,为再制造修复和加工提供依据。     

Q235钢材料拉伸时磁记忆效应的试验研究

铁磁性金属材料广泛应用于锅炉、球罐等压力容器以及其他工业设备中,为了探讨金属磁记忆技术应用于典型铁磁特性材料时表现出的磁记忆特征,探索该技术在弱磁性材料上的工程实用性,对Q235钢材料试件拉伸过程进行了磁记忆检测试验。利用金属磁记忆方法对Q235钢材料拉伸过程的不同阶段进行磁场检测,得到该材料在不同阶段的磁信号,分析磁记忆曲线并确定材料的应力集中情况,从而验证了金属磁记忆检测方法的可行性。     

关于利用金属磁记忆方法进行应力定量化评价问题的讨论

对利用金属磁记忆检测技术在应力评价方面的研究现状进行总结,分析磁记忆检测原理和磁机械效应理论之间、应力磁化反转现象和接近定律之间的关系,认为金属磁记忆效应,是稳恒弱磁场激励下的一种力磁效应,符合磁机械效应理论的相关描述和结论。指出弱磁激励情况下力磁关系的非线性、以及检测结果易受众多干扰因素影响的特点,给利用磁记忆检测技术进行应力定量化评价带来实质性困难。磁记忆检测技术的优势,应在研究铁磁材料塑性阶段濒临损伤前的微观缺陷和信号异变的复杂关系以及应力集中和损伤综合作用下异变磁信号的快速和有效识别等方面。     

助基于磁梯度张量的金属磁记忆检测方法

金属磁记忆是对铁磁材料早期微观损伤及应力集中进行无损检测的有效方法。为提高磁记忆检测的可靠性,充分利用磁记忆信号的矢量信息,将磁梯度张量测量及分析方法引入磁记忆检测中。根据张量缩并分析理论得到了磁记忆信号的磁梯度张量模量,通过求解梯度局部相位的一阶导数得到信号的梯度局部波数,然后分析信号的磁梯度张量模量和梯度局部波数分布特征,得到磁梯度模量和梯度局部波数极值点分别与应力集中边界和中心位置的对应关系。实验结果表明：磁梯度张量方法能够克服检测方向与缺陷夹角变化对测量信号的影响,准确地对应力集中进行判断。     

面向驱动桥壳再制造的塑性损伤研究

为研究废旧驱动桥壳局部区域的塑性损伤,定量评估驱动桥壳的塑性变形率,以驱动桥壳本体材料510L钢板制备拉伸试样,分别将试样拉伸到不同的塑性变形率,用X射线衍射技术、金属智能磁记忆分析技术、扫描式电子显微镜综合评价了材料的塑性变形率与X射线信号和磁信号的关系,观测不同塑性变形率下的晶体结构变化特征。结果显示：在强化阶段,X射线衍射峰宽可定量计算材料的塑性变形率,磁场法向分量Hp(y)较小。      

拉伸及疲劳载荷对低碳钢磁记忆信号的影响

为探索金属磁记忆现象的物理本质,深入研究载荷对磁记忆检测信号的影响,在MTS810型液压伺服试验机上对低碳钢板状试件分别施加静载拉伸载荷及拉-拉疲劳载荷,采用EMS-2003型金属磁记忆与涡流诊断仪检测加载过程中磁记忆信号的变化。结果表明:施加载荷前试件表面的初始磁状态不同;加载过程中两种加载方式均使磁记忆信号曲线由初始的随机分布转变为较有规律分布,静载拉伸试件弹性变形阶段与塑性变形阶段的磁信号曲线具有明显差异,疲劳试验不同循环周次下磁信号曲线相似;断裂瞬间断口处磁信号激变,两端极性相反;疲劳加载过程中过零点由初始磁状态的随机位置逐渐漂移集中在断口处。     

铆接件应力集中的磁记忆检测实验研究

研究地磁场作用下铆接件在铆接前后和受拉伸载荷作用下,铆钉孔附近试件表面弱磁信号的变化以及磁记忆效应,对铆接件应力集中状态、局部塑性变形与磁信号之间关系.以及外载荷变化时磁记忆信号的变化情况进行分析,探讨金属磁记忆检测技术用铆接件检测时的规律和方法.