【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料检测领域，涉及一种利用新的金属磁记忆检测方法进行铁磁性金属材料应力测量的方法，尤其涉及一种通过原子间距的统计改变引起材料磁性特征变化实现铁磁性金属材料应力、屈服状态的检测方法。
技术介绍
1、目前使用铁磁性金属材料磁性特征实现材料应力测量方法应用广泛，主要包括：金属磁记忆法、巴克豪森噪声法和磁应变法。此类方法具有非破坏性、实时性和可追踪性等优点，适用于许多工业领域中对铁磁性材料应力评估和监测的需求。在铁磁性金属材料检测工程中应用广泛，例如损伤、缺陷、压力、应力等，在建筑、船舶、石油、桥梁、铁路等领域内获得广泛认可。
2、金属磁记忆检测法的基本检测原理：材料的磁性特性和应力引起的磁场变化之间的关系，当铁磁性材料受到应力时，其晶格结构发生变化，导致其原子磁矩改变，铁磁性金属材料的磁性也会相应变化。因此可以通过监测磁场变化来评估材料状态。一般检测方法为：使用地磁场磁化被测铁磁性金属材料构件，通过传感器测量并分析构件表面漏磁场改变，实现应力集中、损伤、缺陷等检测。目前在许多领域内被广泛应用的金属磁记忆检测法都利用地磁场的磁化作用(即无需外加磁场磁化)，此做法对简单磁场环境下的材料应力测量表现良好，且设备简单，易于操作。然而金属磁记忆检测法测得的磁信号弱于地磁场强度，再加上当被检测对象工作环境普遍复杂，如存在外部磁场、电流、其他杂散磁场等非稳定外磁场，易导致磁信号被噪声淹没，难以精确测量材料应力状态。
3、巴克豪森噪声法通过磁畴不可逆运动激发的噪声信号，实现材料应力状态、损伤程度及微观组织变化特性
4、磁应变法利用铁磁材料磁致伸缩的逆效应，材料在应力作用下，磁导率会发生相应改变，通过测定磁导率的变化来确定构件某一点的应力状态，使用传感器测定磁导率的变化并转变为电流或电压的变化，建立应力-电流(电压)的函数关系，实现应力测量。但磁应变法测量应力精确度较低，仪器设备复杂，因此未被广泛应用。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术为了解决目前金属磁记忆检测法测量应力过程中信噪比较低的问题，结合巴克豪森噪声法和磁应变法使用强外加磁场磁化的优势，基于铁磁性金属材料磁性机理，提出一种新的利用金属磁记忆检测方法进行铁磁性金属材料应力测量的方法。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种利用新的金属磁记忆检测方法进行铁磁性金属材料应力测量的方法，包括以下步骤：
4、s1、新的金属磁记忆一般剩磁测量方法：
5、s11、外加强磁场充磁：使用强外加强磁场(10倍环境磁场强度<外加磁场强度<被测材料的饱和充磁磁场强度)作为稳定磁源对材料施加强外磁场，在待测材料测量位置表面磁化5～10min后撤去；
6、s12、剩磁测量：测量高于待测材料测量位置表面5mm处的磁通量密度(即剩磁)；
7、s2、测量材料使用前剩磁-应力曲线：
8、s21、测量高于材料测量位置5mm处初始磁通量密度，如大于地磁场磁化强度(0.25～0.65gauss)，使用退磁器退磁；
9、s22、按照步骤s1所描述步骤测量未施加应力时的材料剩磁b0；
10、s23、对材料施加应力，加载至设定应力后保持，使用外加强磁场在测量位置充磁5～10min后测量材料表面剩磁b；
11、s23、完成步骤s22以后，使用退磁器退磁，完成后检测材料表面磁通量密度是否大于地磁场磁化强度；
12、s24、等幅度增大应力至屈服应力，重复步骤s22、步骤s23，完成剩磁-应力曲线测量；
13、s3、标定材料剩磁-应力曲线特征函数和特征参数：
14、s31、根据步骤s2所测剩磁数据计算剩磁变化率，公式为：γ＝(b-b0)/b0，其中b0为应力为0时的剩磁；
15、s32、拟合剩磁变化率-应力曲线，获得材料剩磁变化率-应力曲线的特征标定函数，得到材料剩磁-应力特征标定参数，完成材料使用前的力-磁特征标定；
16、s4、测量在役材料某一状态的应力，该状态为步骤s2和s3中所标定材料的在役工况：
17、s41、测量初始表面磁通量密度；
18、s42、使用外加强磁场在测量位置充磁，完成充磁后，测量待测材料表面剩磁；
19、s43、根据剩磁变化率-应力曲线特征标定函数和步骤s3所得特征参数计算该状态的应力；
20、s5、屈服状态判定：
21、s51、按照步骤s1测量应力-剩磁曲线，完成测量后按照步骤s3计算获得剩磁变化率-应力曲线；
22、s52、标定屈服点特征参数：计算剩磁变化率-应力曲线的一阶导数，标定一阶导数最大时的剩磁变化率为屈服点特征参数；
23、s53、测量材料剩磁并计算剩磁变化率。
24、本基础方案的原理在于：
25、对于铁磁性材料或含铁磁性元素的结构材料，其独立自旋电子的磁矩方向在外磁场作用下，由杂乱无序状态变成高度一致。撤去外磁场后，由于原子间的库仑力作用，短时间内部分自旋电子的磁矩方向会继续保持不变，从而产生自发磁化即剩磁。
26、库仑力公式：
27、由库仑力公式可知，原子间距越小，库仑力越大，自旋电子的磁矩方向保持能力也越强，材料的磁性宏观表现为剩磁越高。
28、进一步，步骤s11中外加强磁场为强电磁铁或永磁铁，环境磁场的10倍<外加磁场强度<被测材料的饱和充磁磁场强度。
29、进一步，步骤s23和步骤s42中外加强磁场为强电磁铁或永磁铁。
30、进一步，步骤s32中材料剩磁变化率-应力曲线的特征标定函数为：γ＝kσ+b，得到材料剩磁-应力特征标定参数：k、b、b0。
31、进一步，步骤s41中测量初始表面磁通量密度时，如大于地磁场磁化强度，使用退磁器退磁。
32、进一步，步骤s43中对应状态的应力，计算公式为：σ＝(γ-b)/k。
33、进一步，步骤s53中剩磁变化率若大于等于屈服点特征参数为已屈服，反之则为未屈服。
34、本专利技术的有益效果在于：
35、1、本专利技术所公开的利用金属磁记忆进行铁磁性金属材料应力测量的方法，通过测量铁磁性金属材料由原子间距改变引起的剩磁变化，测量铁磁性金属材料的应力、屈服状态；具有准确率高、分辨率高、测量技术简单、成本低、设备简单、无损性的优点。
36、2、本专利技术所公开的利用金属磁记忆进行铁磁性金属材料应力测量的方法，有望实现结构金属材料状态(应力、屈服)检测，解决在役结构难以准确检测应力状态的难题，解决尚无有效手段检测材料的屈服状态的难题，实现在役结构的应力无损精准检测，实现在役结构的屈服状态的直接检测。与金属磁记忆法相比，本专利技术克服了金属磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用金属磁记忆检测方法进行铁磁性金属材料应力测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述铁磁性金属材料应力测量的方法，其特征在于，步骤S11中外加强磁场为强电磁铁或永磁铁，环境磁场的10倍<外加磁场强度<被测材料的饱和充磁磁场强度。
3.如权利要求2所述铁磁性金属材料应力测量的方法，其特征在于，步骤S23和步骤S42中外加强磁场为强电磁铁或永磁铁。
4.如权利要求1所述铁磁性金属材料应力测量的方法，其特征在于，步骤S32中材料剩磁变化率-应力曲线的特征标定函数为：γ＝kσ+b，得到材料剩磁-应力特征标定参数：k、b、B0。
5.如权利要求1所述铁磁性金属材料应力测量的方法，其特征在于，步骤S41中测量初始表面磁通量密度时，如大于地磁场磁化强度，使用退磁器退磁。
6.如权利要求4所述铁磁性金属材料应力测量的方法，其特征在于，步骤S43中对应状态的应力，计算公式为：σ＝(γ-b)/k。
7.如权利要求6所述铁磁性金属材料应力测量的方法，其特征在于，步骤S53中剩磁变化率若大于等
...【技术特征摘要】
1.一种利用金属磁记忆检测方法进行铁磁性金属材料应力测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述铁磁性金属材料应力测量的方法，其特征在于，步骤s11中外加强磁场为强电磁铁或永磁铁，环境磁场的10倍<外加磁场强度<被测材料的饱和充磁磁场强度。
3.如权利要求2所述铁磁性金属材料应力测量的方法，其特征在于，步骤s23和步骤s42中外加强磁场为强电磁铁或永磁铁。
4.如权利要求1所述铁磁性金属材料应力测量的方法，其特征在于，步骤s32中材料剩磁变化率-应力...
【专利技术属性】
技术研发人员：张奔牛，于吉港，赵天，张良硕，刘阳，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：
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