单轴拉伸磁记忆无损检测实验的虚拟实验教学系统及其操作模式技术方案

单轴拉伸磁记忆无损检测实验的虚拟实验教学系统及其操作模式，包括计算机平台、VR眼镜和手套；所述VR眼镜通过导线与计算机平台连接，VR眼镜的侧边连接耳机一端，手套一端通过导线与计算机平台连接。本发明专利技术基于力磁耦合、静磁学分析理论模型分析基础上，开发拉伸试验虚拟机和磁记忆无损检测虚拟操作显示系统，通过计算机平台和VR眼镜生成拉伸试验虚拟机和磁记忆无损检测虚拟操作显示系统的实景操作环境，让学生直接从虚拟实验教学中学到实验操作，总结实验规律，达到虚拟实景中培养学生实验能力的目的。

【技术实现步骤摘要】
单轴拉伸磁记忆无损检测实验的虚拟实验教学系统及其操作模式
本专利技术涉及无损检测技术的VR虚拟开发领域，针对磁记忆无损检测中的单轴拉伸实验开发虚拟实验教学系统。
技术介绍
随着我国无损检测事业不断发展，对磁记忆方法等无损检测实验教学逐渐走进课堂，相应的专业实验仪器设备在高校开展教学以及科研中不可或缺。专业实验仪器设备购置成本高，学生参与实验的需求量大，加之专业实验设备管理经验缺乏，制约了相关实验教学的顺利开展。磁记忆检测方法是一种新兴的无损检测方法，并且被认为是检测铁磁材料早期损伤的无损检测方法。磁记忆方法涉及到铁磁材料的力磁耦合机理、应力集中和缺陷引起的磁记忆信号规律、基于信号的缺陷定量判定等问题。研究表明，缺陷或应力集中附近的磁记忆信号具有明显的非线性特征。切向分量Hx在应力集中或缺陷区域的位置附近具有最大值，法向分量Hy通常等于零。因此，可以使用切线分量Hx最大值的位置和法线分量Hy的零值特性来确定应力集中或缺陷区域的位置。进一步基于磁记忆信号的特征信息，可以判定该位置处应力集中程度或者缺陷尺寸信息。<br>目前借助材料应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单轴拉伸磁记忆无损检测实验的虚拟实验教学系统，其特征在于，包括计算机平台(1)、VR眼镜(2)和手套(3)；/n所述VR眼镜(2)通过导线与计算机平台(1)连接，VR眼镜(2)的侧边连接耳机(4)一端，手套(3)一端通过导线与计算机平台(1)连接。/n

【技术特征摘要】
1.单轴拉伸磁记忆无损检测实验的虚拟实验教学系统，其特征在于，包括计算机平台(1)、VR眼镜(2)和手套(3)；
所述VR眼镜(2)通过导线与计算机平台(1)连接，VR眼镜(2)的侧边连接耳机(4)一端，手套(3)一端通过导线与计算机平台(1)连接。


2.根据权利要求1所述的单轴拉伸磁记忆无损检测实验的虚拟实验教学系统，其特征在于，所述计算机平台(1)中配置拉伸试验虚拟机和磁记忆无损检测虚拟操作显示系统(5)以及铁磁材料表面的虚拟磁记忆信号实时计算程序(6)；
所述计算机平台(1)用于提供拉伸试验中实验数据分析、磁记忆无损检测中铁磁材料表面的虚拟磁记忆信号实时分析；
所述VR眼镜(2)用于提供实时虚拟操作界面，手套(3)结合VR眼镜(2)用于实现在虚拟实验操作界面中还原手部动作，所述耳机(4)在将实验过程中的操作信息播放给操作人员；
所述拉伸试验虚拟机和磁记忆无损检测虚拟操作显示系统(5)用于提供材料的虚拟拉伸实验和铁磁材料的虚拟磁记忆检测实验。


3.根据权利要求1所述的单轴拉伸磁记忆无损检测实验的虚拟实验教学系统，其特征在于，所述的拉伸试验虚拟机和磁记忆无损检测虚拟操作显示系统(5)包括虚拟磁记忆检测系统，所述虚拟磁记忆检测系统包括被测试样(7)、检测探头(8)、虚拟磁记忆信号检测仪(9)和虚拟实时显示设备(10)，检测探头(8)一端连接在虚拟磁记忆信号检测(9)一端，虚拟磁记忆信号检测仪(9)另一端连接在虚拟实时显示设备(10)一端,所述检测探头(8)用于检测被测试样(7)。


4.根据权利要求1所述的单轴拉伸磁记忆无损检测实验的虚拟实验教学系统，其特征在于，所述拉伸试验虚拟机和磁记忆无损检测虚拟操作显示系统(5)包括基于力磁耦合本构理论和磁记忆微磁信号计算模型所提供的铁磁材料表面虚拟磁记忆信号实时计算程序(6)；所述铁磁材料表面的虚拟磁记忆信号实时计算程序(6)用于根据虚拟场景下磁记忆无损检测探头的位置，实时计算检测探头(8)测量得到的磁记忆检测虚拟信号。


5.根据权利要求4所述的单轴拉伸磁记忆无损检测实验的虚拟实验教学系统，其特征在于，所述铁磁材料表面的虚拟磁记忆信号实时计算程序(6)具体计算方式如下：
对于单轴拉伸分析沿拉伸方向的材料磁化状态的变化，在恒定的磁场和等温环境下，各向同性铁磁材料承受外部载荷作用下其磁化强度发生变化，力磁效应平衡状态下，铁磁材料的磁化状态表示为



式中：Man为非磁滞磁化强度，Ms为材料饱和磁化强度，Htotal为等效场强度，a为磁化模型参数，单位为A/m；
铁磁材料在外力和磁场联合作用下的有效场Htotal表示为环境磁场、退磁场和应力等效场的和，即
Htotal＝H+αM+Hσ(B)
式中：H为外加磁场，αM为反映磁畴间作用的等效场，Hσ为外加载荷诱导的应力等效场，M为磁化强度；
铁磁材料的磁致伸缩是材料的偶函数，所述铁磁材料的磁致伸缩表示为



式中：ΔM＝|M|-M0，ΔMs＝Ms-M0，λ为磁致伸缩应变，σ为应力，σs为屈服应力，β表征应力磁化效应的强度，λs为饱和磁致伸缩应变，M0是应力相关的饱和壁移磁化强度，Mws是无应力作用情况下饱和壁移磁化强度，k为磁致伸缩应变下降段和饱和磁致伸缩量的比值，θ为跳跃函数；
磁弹性等效场可表示为磁弹性能密度函数关于磁化强度的微分，即



其中μ0为真空磁导率。


6.根据权利要求5所述的单轴拉伸磁记忆无损检测实验的虚拟实验教学系统，其特征在于，当M＜0.2Ms时，使用朗之万函数的线性部分简化磁化强度与有效磁场之间的表达式，公式(A)可以简化为
M＝MsHtotal/(3a)(E)
所述使用朗之万函数线性部分所引入的误差不超过2.5％，注意到求解理想非磁滞磁化强度时，公式(E)的M与理想非磁滞磁化强度Man一致，通过解公式(D)和(E)，理想非磁滞磁化强度和外加环境磁场、应力之间的关系为：



通过公式(F)求解，得到铁磁棒材的理想非磁滞磁化Man为



公式(G)是非磁滞磁化的解析表达式，当已知外部磁场的大小和材料的应力状态，通过该表达式直接获得铁磁材料的非磁滞磁化理论值；
结合应力磁化过程中的接近原理，有如下磁化强度M的微分表达式



其中，参数η考虑了低磁场中应力磁化引起的不可逆变化的影响,
ξ是能量密度相关系数，E为杨氏模量，c描述了磁畴壁的柔韧性；
至此，在恒定弱磁场作用下，公式(G)和(H)共同组成铁磁材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：时朋朋，郝帅，梁添寿，李果，陈洪恩，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61