[发明专利]基于改进J-A模型的磁记忆信号检测方法

说明书

基于改进J‑A模型的磁记忆信号检测方法属于铁磁性材料的磁记忆信号检测技术领域，尤其涉及一种基于改进J‑A模型的磁记忆信号检测方法。本发明提供一种基于改进J‑A模型的磁记忆信号检测方法。本发明包括以下步骤：步骤1）：建立磁力学模型；步骤2）：建立改进的J‑A模型；还包括用于验证算法的准确性的仿真建模部分。

技术领域

本发明属于铁磁性材料的磁记忆信号检测技术领域，尤其涉及一种基于改进J-A模型的磁记忆信号检测方法。

背景技术

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。

油气长输管道的安全维护是管道运营的核心问题。从近年来管道事故的分析来看，新建管道事故频发，此时没有完全形成管体的宏观缺陷。常规的无损检测技术如磁粉、漏磁、涡流和渗透等，在管道的缺陷监测、事故预防等方面发挥了重要的作用，但只能发现已成形的宏观体积缺陷，无法对因施工、焊接、地基沉降、介质内压、热膨胀等因素造成的尚未成形体积缺陷的应力集中区域实施有效的评价，从而无法避免由于应力损伤而引发的突发性事故。应力集中是油气长输管道发生突发性事故的重要原因；尤其是新建管道在制管和施工过程中存在大量应力集中区域，有些应力集中区域已经达到临界屈服点，导致管道投产后突发性事故的发生。磁记忆法可以有效判断铁磁性金属构件的应力集中区域，但是牛顿力学和麦克斯韦方程都没有关于力磁耦合的详细阐述，磁记忆信号的力磁耦合机理尚无统一定论。此外，塑性形变是造成铁磁性金属构件失效的主要原因，但目前尚无有效的方法对材料发生塑性形变后的磁记忆信号特性进行定量分析，针对磁记忆信号的模型也是该领域的瓶颈问题。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种基于改进J-A模型的磁记忆信号检测方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括以下步骤：

步骤1)：建立磁力学模型

无外力作用时，铁磁性材料处于平衡状态，材料的总自由能为：

E₀＝E_ms+E_el+E_K (1)

其中，E_ms为铁磁晶体的磁弹性能，表示铁磁性与弹性之间相互作用所产生的能量，表示为：

式(2)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；α_i与α_j表示磁化方向与所对应的晶轴间的夹角；e_ii与ei_j表示形变分量(i、j＝x、y、z)

E_el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，根据弹性力学得：

式(3)中，C₁₁、C₁₂、C₄₄为弹性模量；e_yz、e_xy、e_xz、e_xx、e_yy、e_zz均为形变分量；

E_K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，表示为：

式(4)中，K₁、K₂为各向异性常数；α₁、α₂、α₃为磁化方向与所对应的晶轴间的夹角；

当铁磁性材料受到外力作用时，材料的总自由能包括由位错增殖所引起的应力能，即为：