一种铁磁性构件应力集中区微磁信号检测方法技术

一种铁磁性构件应力集中区微磁信号检测方法属于铁磁性材料的微磁信号检测技术领域，尤其涉及一种铁磁性构件应力集中区微磁信号检测方法。本发明专利技术包括以下步骤：步骤1）：分析应力对微磁信号的影响；步骤2）：分析磁场对磁畴的影响，结合应力影响建立磁力学模型；还包括验证模型准确性的仿真计算微磁信号部分及实验部分。

A Micromagnetic Signal Detection Method for Stress Concentration Zone of Ferromagnetic Components

The invention relates to a method for detecting micromagnetic signals in the stress concentration zone of ferromagnetic components, belonging to the technical field of micromagnetic signals detection of ferromagnetic materials, in particular to a method for detecting micromagnetic signals in the stress concentration zone of ferromagnetic components. The invention comprises the following steps: step 1: analyzing the influence of stress on micromagnetic signal; step 2: analyzing the influence of magnetic field on magnetic domain, establishing a magneto-mechanical model combined with stress effect; and also including the simulation calculation of micromagnetic signal and experimental part to verify the accuracy of the model.

【技术实现步骤摘要】
一种铁磁性构件应力集中区微磁信号检测方法
本专利技术属于铁磁性材料的微磁信号检测
，尤其涉及一种铁磁性构件应力集中区微磁信号检测方法。
技术介绍
管道运输是国际油气运输主要方式之一，具有运量大、不受气候和地面其他因素限制、可连续作业以及成本低等优点。从近年来管道事故的分析来看，有些新建管道事故发生时，完全没有形成管体的宏观缺陷，而是应力集中区导致的。长输油气管道在外部载荷长期作用下，局部会形成应力集中区，机械强度大幅度下降，直接影响工程设备的安全运行。因此，在铁磁性金属构件产生宏观缺陷之前，对其进行应力疲劳损伤检测，降低事故率显得至关重要。微磁检测由于支持非接触性在线检测，检测之前无需对构件进行预处理，检测之后对构件性能也没有影响，对应力集中区敏感等优点，在长输油气管道应力检测领域有很大的应用潜力，但是，牛顿力学和麦克斯韦方程也没有关于力磁耦合的详细阐述，目前针对非磁饱和状态下的微磁信号特征也是该领域的瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术就是针对上述问题，提供一种铁磁性构件应力集中区微磁信号检测方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，本专利技术包括以下步骤：步骤1)：分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁磁性构件应力集中区微磁信号检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)：分析应力对微磁信号的影响在无外力作用时，铁磁体自发磁化引起自发形变，单位体积内的总自由能E可表示为：E＝Eex+Ems+Eel+EK  (1)式中，Eex为自旋交换能，Ems为铁磁晶体的磁弹性能，Eel为弹性能，EK为各向异性能。铁磁体内相邻原子的自旋交换能Eex为：

【技术特征摘要】
1.一种铁磁性构件应力集中区微磁信号检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)：分析应力对微磁信号的影响在无外力作用时，铁磁体自发磁化引起自发形变，单位体积内的总自由能E可表示为：E＝Eex+Ems+Eel+EK(1)式中，Eex为自旋交换能，Ems为铁磁晶体的磁弹性能，Eel为弹性能，EK为各向异性能。铁磁体内相邻原子的自旋交换能Eex为：式中，A为近邻电子间的交换积分平均值，S为电子自旋矩算符，αij为磁化方向的角度。将式(2)转化为连续函数形式，可得：式中，α1、α2、α3为磁化方向相对于x、y、z轴的角度，ξ为单胞中的原子数。Ems磁弹性能表示铁磁性与弹性之间相互作用所产生的能量，可表示为：式(4)中、B1与B2分别为磁化作用下和形变作用下的磁弹性耦合系数；αi与αj表示磁化方向与所对应的晶轴间的夹角；eii与eij表示形变分量(i、j＝x、y、z)。Eel为弹性能，表示材料发生弹性形变时，原子之间的相互作用力，根据弹性力学可得：式(5)中，C11、C12、C44为弹性模量；eyz、exy、exz、exx、eyy、ezz均为形变分量。Ek为各向异性能，表示铁磁性材料内电子自旋磁矩与轨道磁矩之间相互耦合作用所产生的能量，可表示为：式(6)中，K1、K2为各向异性常数。当系统受到外加载荷作用时，材料的总自由能包括由位错增殖所引起的应力能，即为：E＝Eex+Ems+Eel+EK+Eσ(7)式(7)中，Eσ为应力能，可表示为：其中，λ100、λ111分别为<100>晶向和<111>晶向上的磁致伸缩系数；σ为应力值；γ1、γ2、γ3表示应力方向。当磁致伸缩系数各向相同时，即λ100＝λ111＝λS，磁化方向α1、α2、α3与应力方向γ1、γ2、γ3之间的夹角可用β表示，即：则式(8)可化简为：式中，β为磁化方向α1、α2、α3与应力方向γ1、γ2、γ3之间的夹角。根据能量最小理论，系统总能量最小时即为系统稳定的状态，根据式(10)可知，通过改变磁化方向，进而改变磁化方向与应力方向的夹角β，便可有效减小应力能Eσ，使系统的总能量趋于最小。当外部载荷消失后，磁畴组织不可逆的重新排列状态会保留下来，在地磁场环境下，载荷作用的区域形成漏磁场。因为地磁场强度非常微弱，应力集中产生的天然磁化信息很容易受到外界因素影响，导致检测信号的重复性很差。步骤2)：分析磁场对磁畴的影响，结合应力影响建立磁力学模型在外界磁场作用下，系统的静磁能密度EH可以表示为：EH＝-μ0MHcosθ(11)式中，H为外加磁场强度，M为磁化强度，θ为H和M的夹角，μ0为真空磁导率。静磁能密度分别是-μ0MHcosθ和-μ0MHcos(180°-θ)。磁矩在磁畴中发生移动，所以区域静磁能密度的变化为：ΔEH＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，何璐瑶，于小芮，刘子淇，任建，张贺，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21