[发明专利]基于金属磁记忆检测技术的低周疲劳损伤定量表征方法

说明书

技术领域

本发明利用金属磁记忆检测技术，涉及一种基于金属磁记忆检测技术的低周疲劳损伤定量表征方法。

背景技术

铁磁材料是现代工业中应用最广、用量最大的金属材料。而铁磁材料零部件多数承受的是周期性变动的疲劳应力，它们的失效，据统计60％～80％是由于各种微观和宏观的应力集中、疲劳累计损伤所导致的疲劳断裂失效。因此，对于铁磁材料的疲劳寿命预测和损伤定量表征至关重要。而目前，疲劳寿命分析方法一般采用试验分析法或试验与统计经验相结合的分析方法。前者完全依靠试验获取疲劳性能数据，这种方法虽然可靠，但是工作周期长、费用高，并且对于复杂构件试验难度大，甚至无法进行。后者则是利用已有的标准试验结果，依照经验性的当量原则或修正办法，来对实际情况的疲劳指标进行估算。但是在使用过程中，结构危险部位的应力、应变分布等随材料的不断损伤劣化而不断变化，并且其变化过程又会因载荷、结构形状、尺寸等不同而互有差异。该分析方法很难建立严格和普遍的当量关系，且结果也并不令人满意，甚至与构件的实际情况往往相差甚远。

损伤力学的发展为疲劳分析提供了新的概念和方法。损伤力学是以研究材料、结构的损伤性质以及在变形过程中损伤的演化发展直至破坏过程的力学理论，它为工程结构的损伤破坏分析、寿命预测以及材料细观损伤机理提供了定量的力学分析手段。采用该分析方法定量的研究材料损伤时，损伤变量的选取是问题的关键，不同的损伤变量将得到不同的损伤模型表达。目前常用的有密度法、弹性模量法、电阻/电位法、超声波法、微硬度法、塑性变形能法等。虽然这些损伤变量方法在不同的研究领域均得到了一定程度的应用，能够对构件疲劳寿命进行定量的表征和分析，但是，由于存在损伤变量的实时检测问题，对使用过程中的损伤实时诊断及定量评估也无能为力，特别是尚未成形的隐性损伤变化，难以实施有效的评价，从而无法避免由于意外的疲劳损伤发展而引发的恶性事故。

金属磁记忆检测技术(MMM)是由俄罗斯学者杜波夫于20世纪90年代后期提出的一种崭新的金属无损检测技术，它能够有效的检测出铁磁金属构件表面上的漏磁场分布，从而间接地对构件最大应力集中区域及其程度进行诊断，在铁磁性构件早期损伤检测及评价等方面极具潜力。

正因如此，金属磁记忆检测技术一经问世，便受到世界各国的普遍重视。国际焊接学会执行的欧洲规划ENRESS——“应力和变形检测”中，已明确规定“金属磁记忆法为切合实用的设备和结构应力变形状态检测方法”；俄罗斯、乌克兰、保加利亚、波兰等国已制订了对该方法和仪器鉴定的国家标准；印度和澳大利亚等国正在大力推广应用该技术。我国对于金属磁记忆检测技术也进行了较多的研究，如中国航空工业失效分析中心与南昌航空大学合作，得出了应力与地磁场同轴和异轴的磁化方程，并采用静力学和二次静磁学的有限元分析，得到加载条件下的漏磁场分布；大庆石油学院得到了弯曲疲劳条件下，磁记忆信号K值随疲劳损伤增加而逐渐增加，在出现微裂纹后K值急剧增加的研究结果；哈尔滨工业大学得到了磁记忆信号峰值的增量对疲劳寿命有预报作用，裂纹扩展速率与磁记忆信号间存在相关性；天津大学对焊接裂纹及其扩展的磁记忆信号特征参量及判据进行了研究等。但是，目前的金属磁记忆检测技术的研究还只是针对磁记忆信号及其特征参量的变化特征进行分析，无法对疲劳损伤进行定量表征。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够针对磁记忆信号及其特征参量的变化特征进行分析并且对疲劳损伤进行定量表征的基于金属磁记忆检测技术的低周疲劳损伤定量表征方法。本发明的技术方案是：将金属磁记忆检测技术与连续损伤力学相结合，以磁记忆信号特征参量作为连续损伤力学中的损伤变量，建立一种基于金属磁记忆检测技术的针对缺口件铁磁材料的低周疲劳损伤定量表征方法。