一种用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法技术

本发明专利技术公开了一种用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法，包括：根据建立磁力学模型步骤中的磁力学模型，在初压仿真计算步骤中通过管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型及管道母材裂纹模型进行磁力学模型的验证，再根据验证后的磁力学模型进行加压仿真计算步骤，得到管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的进行磁力学模型的应力损伤程度，基于加压仿真计算步骤，通过梯度能量因子计算步骤和引入同比增长率步骤，实现定量反映管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型及管道母材裂纹模型的应力损伤程度。本发明专利技术建立了磁力学模型，并引入梯度能量因子，更好地反映出管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型及管道母材裂纹模型的应力损伤情况。伤情况。伤情况。

【技术实现步骤摘要】
一种用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法


[0001]本专利技术属于铁磁性材料的弱磁信号检测
，尤其涉及一种用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法。

技术介绍

[0002]随着近代工业的发展，铁磁性材料在日常生活中占着很大的比重。以长输油气管道为例，管道运输因其具有运输成本低，不易受铺设周围环境、温度等的影响，已成为国际石油天然气的主要运输方式之一。石油天然气管道的完整性直接关系到石油天然气能源的运输安全，管道发生泄漏不仅会造成经济损失，更会造成严重的环境污染，甚至是人员伤亡。
[0003]因此，对于铁磁性材料的弱磁信号特征研究越来越受到重视。针对铁磁性材料的弱磁信号特征研究，目前还停留于基础研究阶段，例如弱磁信号的轴向峰值与径向峰峰值、弱磁信号特征参数梯度值与梯度最大值，但是由于上述特征值的数量级小，导致在管道内压作用下，弱磁信号特征的变化幅度较小，若裂纹尺寸较小，无法准确判定弱磁信号特征的变化情况。
[0004]因此，为解决上述不足，有必要研究一种用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法，根据本专利技术建立的磁力学模型和引入的梯度能量因子，更好地反映出管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型及管道母材裂纹模型的应力损伤情况，避免了在管道内加压作用下，弱磁信号特征参数的变化幅度较小，无法准确判定弱磁信号特征的变化情况的技术问题。
[0006]本专利技术提供的一种用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法，包括：根据建立磁力学模型步骤中的磁力学模型，先在初压仿真计算步骤中通过管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型进行磁力学模型的验证，再根据验证后的磁力学模型进行加压仿真计算步骤，以得到管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的进行磁力学模型的应力损伤程度，基于加压仿真计算步骤，通过梯度能量因子计算步骤和引入同比增长率步骤，实现定量反映管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的应力损伤程度。
[0007]优选地，在建立磁力学模型步骤，基于铁磁化理论，导出力
‑
磁耦合模型，再根据磁化强度与相对磁导率的关系，获得应力与相对磁导率之间的关系式：
[0008][0009]在公式(1)中，α为耦合参数；H为外磁场，μT；σ为应力，MPa；E为杨氏模量，GPa；M为磁化强度，A/m；M
s
为饱和磁化强度，A/m；M
an
为无磁滞磁化强度；H
e
为有效磁场；μ0为真空磁导率，N
·
A
‑2；ξ为单位体积能量度量因子，Pa；α为材料规划常数，A/m；c为可逆系数；γ1、γ2和为与磁致伸缩系数相关的参数，A
‑4·
m4·
Pa
‑1；
[0010]优选地，在初压仿真计算步骤，利用应力仿真计算模型，分别计算管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的该三个模型的应力值，将三个模型的三个应力值带入所述公式(1)，得到对应的三个相对磁导率，再将三个相对磁导率带入磁学仿真计算模型，进而得到管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的轴向与径向弱磁信号的初压分布情况，以验证磁力学模型；
[0011]优选地，在加压仿真计算步骤，在管道内压作用下，利用磁力学模型，分别仿真计算管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的轴向与径向弱磁信号的加压分布情况，并仿真计算管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的轴向与径向弱磁信号的初压特征参数和加压特征参数，以反映管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的应力损伤程度；
[0012]优选地，在加压仿真计算步骤，轴向与径向弱磁信号的初压特征参数为初压情况下的轴向峰值与径向峰峰值、磁场强度梯度和磁场强度梯度最大值，轴向与径向弱磁信号的加压特征参数为加压情况下的轴向峰值与径向峰峰值、磁场强度梯度和磁场强度梯度最大值。
[0013]优选地，在梯度能量因子计算步骤，在笛卡尔坐标系下，梯度能量因子为磁场强度梯度曲线与横坐标轴围成的面积，进而根据梯度能量因子，反映管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的应力损伤程度；
[0014]优选地，在引入同比增长率步骤，在梯度能量因子中引入并计算梯度能量因子的同比增长率，进而定量分析管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的轴向与径向弱磁信号的梯度能量因子的同比增长率，进一步定量反映管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的应力损伤程度；
[0015]其中，同比增长率的表达式为：
[0016][0017]在公式(2)中，ν为同比增长率；A2为本期数，是加压时的压力最大下的梯度能量因子；A1为同期数，是初压时的压力最小的梯度能量因子；ΔA为增量，指的是压力最大下的梯度能量因子与初压时的压力最小的梯度能量因子之间的梯度能量因子的增量。
[0018]优选地，在初压仿真计算步骤和加压仿真计算步骤，管道焊缝模型的管道材料为X70，设置管道的长度为1000mm，外径为1219mm，厚度为16mm，焊缝宽度为20mm，焊接线速度V为1mm/s，焊接电压U为36V，焊接电流I为32A，焊接热效率η为0.75，管道焊缝模型施加的内压为0.5
‑
3MPa，间隔为0.5MPa。
[0019]优选地，在初压仿真计算步骤和加压仿真计算步骤，焊缝裂纹模型的管道材料为X70，设置管道的长度为1000mm，外径为1219mm，厚度为16mm，焊缝宽度为20mm，创建微小裂纹，微小裂纹的长*宽*深的尺寸为2mm*0.95mm*1mm，焊接线速度V为1mm/s，焊接电压U为
36V，焊接电流I为32A，焊接热效率η为0.75。焊缝裂纹模型施加的内压为0.5
‑
3MPa，间隔为0.5MPa。
[0020]优选地，在初压仿真计算步骤和加压仿真计算步骤，管道母材裂纹模型的管道材料为X70，设置管道的长度为1000mm，外径为1219mm，厚度为16mm，创建微小裂纹，微小裂纹的长*宽*深的尺寸为2mm*0.95mm*1mm，管道母材裂纹区模型施加的内压为0.5
‑
3MPa，间隔为0.5MPa。
[0021]相较于现有技术，本专利技术在笛卡尔坐标系下，利用磁场强度梯度曲线与横坐标轴围成的面积，得到了梯度能量因子，并在梯度能量因子中引入同比增长率，进而便于对弱磁信号进行定量分析，定量地反映了管道的应力损伤程度，有效避免了由于传统特征值的数量级小，导致的管道内加压作用下，弱磁信号特征的变化幅度较小，而无法准确判定弱磁信号特征参数的变化情况的技术问题。
附图说明
[0022]通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法，其特征在于：根据建立磁力学模型步骤中的磁力学模型，先在初压仿真计算步骤中通过管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型进行磁力学模型的验证，再根据验证后的磁力学模型进行加压仿真计算步骤，以得到所述管道焊缝模型、所述管道焊缝裂纹模型以及所述管道母材裂纹模型的进行磁力学模型的应力损伤程度，基于所述加压仿真计算步骤，通过梯度能量因子计算步骤和引入同比增长率步骤，实现定量反映所述管道焊缝模型、所述管道焊缝裂纹模型以及所述管道母材裂纹模型的应力损伤程度。2.根据权利要求1所述的用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法，其特征在于：在所述建立磁力学模型步骤，基于铁磁化理论，导出力
‑
磁耦合模型，再根据磁化强度与相对磁导率的关系，获得应力与相对磁导率之间的关系式：在公式(1)中，α为耦合参数；H为外磁场，μT；σ为应力，MPa；E为杨氏模量，GPa；M为磁化强度，A/m；M
s
为饱和磁化强度，A/m；M
an
为无磁滞磁化强度；H
e
为有效磁场；μ0为真空磁导率，N
·
A
‑2；ξ为单位体积能量度量因子，Pa；α为材料规划常数，A/m；c为可逆系数；γ1、γ2和为与磁致伸缩系数相关的参数，A
‑4·
m4·
Pa
‑1。3.根据权利要求2所述的用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法，其特征在于：在所述初压仿真计算步骤，利用应力仿真计算模型，分别计算管道焊缝模型、管道焊缝裂纹模型以及管道母材裂纹模型的该三个模型的应力值，将三个模型的三个所述应力值带入所述公式(1)，得到对应的三个相对磁导率，再将三个相对磁导率带入磁学仿真计算模型，进而得到所述管道焊缝模型、所述管道焊缝裂纹模型以及所述管道母材裂纹区域的轴向与径向弱磁信号的初压分布情况，以验证所述磁力学模型。4.根据权利要求3所述的用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法，其特征在于：在所述加压仿真计算步骤，在管道内压作用下，利用所述磁力学模型，分别仿真计算所述管道焊缝模型、所述管道焊缝裂纹模型以及所述管道母材裂纹模型的轴向与径向弱磁信号的加压分布情况，并仿真计算所述管道焊缝模型、所述管道焊缝裂纹模型以及所述管道母材裂纹模型的轴向与径向弱磁信号的初压特征参数和加压特征参数，以反映所述管道焊缝模型、所述管道焊缝裂纹模型以及所述管道母材裂纹模型的应力损伤程度。5.根据权利要求4所述的用于铁磁性材料的弱磁信号特征研究方法，其特征在于，在所述加压仿真计算步骤，所述轴向与径向弱磁信号的初压特征参数为初压情况下的轴向峰值与径向峰峰值、磁场强度梯度和磁场强度梯度最大值，所述轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，付艳多，廉正，何璐瑶，杨理践，任建，于慧，耿浩，邢燕好，张佳，夏凤，武梓涵，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：