外磁场激励下管道弱磁应力内检测特性研究

弱磁应力检测技术支持非接触在线应力损伤检测,在长输油气管道应力内检测技术领域具有巨大的应用潜力。但弱磁信号微弱,易受外界环境干扰,检测结果易出现偏差。为加强弱磁信号的检测能力,基于铁磁材料的微观特性,建立了外磁场弱磁应力检测模型,获得了弱磁信号强度随外磁场强度与施加应力的变化规律,描述了外磁场对弱磁应力检测信号的激励特性,并进行了系统的实验研究。结果表明,弱磁信号的切向峰值与法向零点均位于应力集中区的中心位置,且不随应力与外磁场的变化而发生波动;弱磁信号切向峰值与法向峰峰值随外磁场与应力的增加而增大;外磁场对弱磁应力检测信号的激励作用随外磁场的增加先增大后减小。     

正磁致伸缩铁磁材料磁记忆现象的理论探讨

针对金属磁记忆无损检测原理，基于铁磁性的唯像理论，利用一个近似的分子场，得到了地磁场中受应力作用的铁磁杆件的有效场表达式；利用能量最小原理，得到了分子场参数表达式；根据所得的有效场表达式．解释了磁致伸缩为正的铁磁材料在应力集中处漏磁场切向分量出现最大值、同时法向分量为零值的现象，并进行了仿真计算．     

磁层析成像管道检测信号空间传递过程的能量变化

磁层析成像管道检测方法已经被广泛应用于埋地和海底管道的无损外检测。该方法基于金属磁记忆原理,通过在管道外测量空间磁场分布中的异常情况来判别应力集中区的危险等级和位置。为了研究磁层析成像法管道检测信号在空间中的分布特征和传递规律,对磁化管道的应力集中区空间磁记忆信号的能量分布和变化规律进行了研究。利用磁偶极子场建立管道内壁应力集中区磁场模型,基于磁能理论对管道外不同提离空间磁记忆信号的磁场能量和磁能密度进行有限元计算,得出空间磁场的分布规律,分析了不同提离磁信号磁能密度之间的相关性。结果表明,管道外空气中的磁场能量随着提离值的增加而衰减,在管道外壁至提离值小于50 mm时衰减最快;管道外磁层析成像法检测的磁信号与管道内壁应力集中区信号同源。从理论上解释了磁层析成像管道检测的有效性,为从检测数据中提取有效信号提供了理论依据。     

长输管道盗油孔弱磁检测

为了确保油气长输管道的安全运行,针对管道上盗油孔的检测问题,研究了盗油孔处剩磁检测信号的变化特征.采用磁畴模型对盗油孔漏磁信号的分布特征进行了研究,利用有限元分析方法对铁磁性试件进行了静力学分析和静磁学分析,模拟了盗油孔处剩磁信号的变化规律.研究结果表明:在应力集中区域存在着漏磁信号,其分布规律随应力的变化而变化;在弱磁场作用下,可以较好地检测到由应力引起的自发漏磁信号.     

应力集中引起的金属磁记忆现象的研究

金属磁记忆检测技术是一种新兴的无损检测技术，有着广阔的应用前景，但关于磁记忆现象产生的机理的研究还很不完善，由应力集中引起的磁场变化特征没有得到专门的研究．本以双侧U形凹1：7的应力集中试样为例，在实验机上对其进行拉伸，用专用的检测仪检测其在静载状态下所产生的磁场信号．结果表明磁场分布状况和应力集中的状况之间有较好的一致性，说明了金属磁记忆检测技术可以用于检测应力集中，因而可以为应力的检测探索一种新的方法，具有重要的现实意义．     

磁记忆效应的Jiles-Atherton理论模型全过程推导

金属磁记忆检测方法是一种能够对铁磁材料进行早期无损检测的新技术,其检测的是在外应力和地磁场的共同作用下铁磁构件产生的自发漏磁场.而磁机械效应则是指在恒定的外磁场环境中,磁化强度与外应力之间的变化关系.两者从本质上来讲是相似的.因此,磁记忆效应的物理本质就是弱磁场(地磁场)下的磁机械效应.针对磁机械效应经典的Jiles-Atherton理论模型,进行了系统、全面、完整的理论公式推导,分析了不同变量之间的物理关系和数学关系,并指出Jiles-Atherton理论模型存在的不足,并探讨了基于该模型进行的优化改进研究,改进的模型很好地解释了拉压应力作用下的非对称磁化行为.     

基于矫顽力的管道剩磁应力检测技术研究

剩磁应力检测技术可对铁磁性材料的应力集中程度进行有效检测，在长输油气管道内检测领域具有巨大发展潜力。然而，剩磁应力检测技术的机理尚不完善，剩磁信号与应力关系难以量化计算，导致剩磁应力检测无法实现管道损伤的量化测量，严重影响了该技术在管道内检测领域的应用。根据磁畴模型解释了管道剩磁产生机理，通过矫顽力建立剩磁与应力的对应关系,分析了剩磁信号随管道外应力的变化特征。研究结果表明，铁磁性材料的不可逆磁化是产生剩磁的原因，随着管道外应力的增加剩磁信号有逐渐增大的变化规律。     

基于磁机械效应的铁磁材料漏磁检测数值模拟

为更准确地描述材料的非线性磁机械耦合效应，以非线性磁致伸缩应变方程、有效场理论和能量平衡方程等为基础提出新的磁弹性耦合模型与变刚度模型，分析了铁磁材料的磁机械效应和变刚度效应，并利用数值分析软件将非线性磁化模型的理论结果与仿真过程进行耦合。结果表明，仿真得到的缺陷泄漏场分布与已有研究结果一致，验证了所提出模型与仿真方法的可行性和准确性。分析了应力、缺陷尺寸和缺陷位置对表面磁场的影响，结果表明：在拉伸载荷作用下，试样表面法向磁场信号呈类S形曲线，切向信号呈类锥形曲线，其极值均随载荷增加先减小后增大；试样存在缺陷时，不同采集路径上获取的信号存在很大差异，缺陷边缘路径上的漏磁场峰值与缺陷长度呈负相关，而峰值距离和跨度却相反，在远离缺陷的采集路线上，漏磁场信号的峰值和跨度均与缺陷长度呈正相关。     

金属磁记忆技术的机理与试验研究

在外应力作用下铁磁晶体应力能会增加,其相应的总自由能也会增加,而改变铁磁晶体的磁化状态会消耗能量,并趋向于自由能最低.通过对45号调质钢和非调质钢试件分组进行三点弯曲疲劳裂纹扩展试验和金相显微镜在位显微观测,并利用TSC-1M-4检测磁场信号,发现调质钢试件的磁记忆信号明显低于非调质钢试件的磁记忆信号,在对试件调质消除内应力后,不同的应力状态对试件的磁场特征信号具有显著的影响.     

声磁效应的发现与实现研究

介绍了声磁效应的发现与实验研究，确认了声磁效应是在于铁磁材料表面的一种普遍物理现象，研究结果表明：在退磁状态下产生声磁转换需要较强的声场强度，若在试样表面加上一直流偏置磁场，较小声强的声波也可以产生较高的声磁转换，此外，还对声磁转换的机理进行了科要地分析。     

高载旋转弯曲疲劳损伤的磁记忆检测

为寻找高载旋转弯曲疲劳破坏前的特征信号,基于磁机械效应及磁场叠加原理进行理论研究,在此基础上,对带环形缺陷的45号钢试件进行高载旋转弯曲疲劳试验,研究疲劳过程中试件表面的磁信号的法向分量的分布变化.理论分析表明,疲劳裂纹附近的磁信号分布随裂纹扩展而变化.实验结果显示在进入裂纹快速扩展前后,缺口两边的磁信号大小顺序发生变化;名义应力及应力集中系数、环境磁场和提离值影响检测效果,但有对应的解决方法.磁记忆技术用于高载旋转弯曲疲劳损伤检测是可行的.     

复杂管线剖面观测反演研究及应用

管线仪的定位定深方法,都是在单一线电流场的理论分析基础上提出来的.在地下管线探测中,近间距的并行管线,常会产生互感现象,它们产生的磁场相互叠加.因此基于线电流场特征的定位定深方法的应用条件得不到满足,采用通常的探测方法(极大值法确定管线的平面位置、特征点法确定管线深度),误差偏大,难以满足工程设计需求.此时根据现场管线...     

基于矫顽力的钢板应力集中区域检测方法

针对铁磁性材料由于应力集中导致裂纹、断裂甚至失效等问题,研究了应力对铁磁性材料磁化强度取向的影响以及铁磁性材料矫顽力与所受应力的关系,提出了通过测量铁磁性材料的矫顽力实现应力检测的方法.采用U型探头进行测量,由U型探头上激励线圈中的电流信号和检测线圈中产生的电压信号描绘出不同外力条件下钢板的磁滞回线,从而得到钢板矫顽力的值.结果表明,外力使钢板内部产生应力,导致矫顽力减小,通过测量铁磁性材料的矫顽力实现对应力集中区域的检测,有效预防了工件由于应力集中造成的断裂等问题.     

输气管道音波泄漏检测技术的研究

输气管道泄漏的检测与定位，是管道维护及管道安全运行的重要研究课题.将音波检测方法应用于输气管道的泄漏检测，介绍了音波泄漏检测与定位的基本原理.阐述了采用相关分析法进行泄漏定位的数据处理方法.设计完成了传感器信号提取、模拟信号滤波和A/D数据转换等硬件电路.在单片机上移植Small Rtos51嵌入式实时操作系统，有效管理检测任务，实现信号采集、数据传输和异常情况处理，从而提高了系统的实时性和可靠性.通过搭建输气管道试验平台，对试验数据采集、处理及仿真，论证了音波检测方法应用于输气管道泄漏检测的可行性.     

环境磁场对磁记忆检测信号的影响

通过对一铁磁性试件进行磁记忆检测实验,选择手机信号作为干扰源,研究不同环境磁场下试件磁记忆检测信号的变化情况.同时,对试验过程中的环境磁场对磁场强度变化的影响进行了机理分析.研究结果表明:对不同程度的环境磁场干扰,检测得到的试件磁记忆信号差别显著;周围有放置手机但不通话时,环境磁场的干扰程度不大;随着周围环境的通话手机数量逐渐增多,环境磁场的干扰程度不断加大直至足以影响检测精度.     

用磁声法MAE检测钢结构构件应力的机理和应用

分析了磁声发射的产生与接收、磁声发射与磁致伸缩、磁声发射的应力检测机理，应力对磁声发射的影响，磁声发射的检测系统等几个方面．从这些方面说明了用磁声发射来实施应力检测是可行的．证明磁声发射的强度既受外磁场变化影响，又受应力变化影响，并且磁声发射的变化幅度与所受应力大小有一定的关系，据此可为磁声发射检测铁磁材料的应力状态提供依据．但由于磁声发射的强度和施加于构件上应力状态的关系比较复杂，所以结合磁声发射和巴克素森BN两种方法各自优点的应力检测更比看好．