[发明专利]基于电磁超声对铁磁性材料屈服强度的估计方法

说明书

本发明公开了一种基于磁致伸缩效应的电磁超声对铁磁性材料屈服强度的估计方法，取N个材料屈服强度已知的铁磁性板件，通过在其上分别设置电磁超声发射端和电磁超声接收端，测量出每一个铁磁性板件磁致伸缩曲线的特征值，然后建立BP神经网络模型，将铁磁性板件磁致伸缩曲线的特征值、铁磁性板件的厚度作为输入，铁磁性板件的材料屈服强度作为输出，训练该BP神经网络模型，最后通过训练好的BP神经网络模型对铁磁性材料进行材料屈服强度估计。本发明实现了对材料屈服强度这个机械特性的无损定量检测。

技术领域

本发明涉及电磁无损检测技术领域，尤其涉及一种基于电磁超声对铁磁性材料屈服强度的估计方法。

背景技术

铁磁性材料在机械特性方面具有良好的适应性，因此在铁路、运输、能源、建筑、航天、军事和化工等方面被作为关键材料，得到广泛的应用。

然而，种类繁多的铁磁性材料，会由于不同的加工工艺、不同含碳量、金相结构和不同掺杂合金成分材料，使其机械物理和化学特性具有很大差异。而且，铁磁性材料在不同应用环境下，对载荷、疲劳、腐蚀、使用温度等条件的表现也会有很大差别。因此，需要通过对其磁特性的检测，获取材料微观结构信息，从而确定其载荷、疲劳以及腐蚀状态，获取材料寿命信息。

另外，铁磁性材料在长期服役情况下，会形成缺陷，造成伤害事故，引发人员伤亡和较大的经济损失。缺陷的形成包含孵化期、初始裂纹产生和扩展期等部分。铁磁性材料在损伤的早期即孵化期，其表现通常是各种微观的应力集中等因素导致的微观结构组织的变化。铁磁性材料在使用过程中造成缺陷的因素包括：由承载过大导致的局部应力和应力集中，最终造成局部塑性变形，产生缺陷；长期使用导致的疲劳损伤；温度变化导致金属热胀冷缩，从而形成在材料内部积累的温度应力；焊接等加工工艺导致的内部残余应力分布；热处理参数如硬度、渗碳层深度、奥氏体和马氏体含量、晶粒尺寸等材料参数。因此，需要对材料内部残余应力分布和机械特性进行监测，从而防止材料的局部塑性变形以及缺陷的产生。

铁磁性材料的磁致伸缩特性受材料的微观组织结构、机械性能强度、硬度、疲劳损伤状态、材料表面的腐蚀情况、内部的残余应力分布，以及外加磁场的参数变化、温度等影响。因此，基于磁致伸缩效应的电磁超声信号可以反应材料的疲劳损伤、变形大小、缺陷等微观组织结构的变化，同时也能用来预估材料机械性能参数（如硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率等）。

目前利用电磁超声无损检测的方法，主要用于检测材料所受缺陷，并且对缺陷进行定位，同时利用电磁超声对管壁厚度检测方面的应用得到广泛研究。康宜华教授与武新军教授带领的华中科技大学团队，在研究EMAT钢管管壁测厚方面，有着突出的研究成果。他们优化设计的静态偏置磁场，利用电磁体替换永磁体的方法，分析验证了其优势性。中国矿大项目团队的朱秀红教授利用实验分析了钢管缺陷测试电磁超声磁场强度和接收端超声信号幅值的关系趋势。然而利用磁致伸缩效应的电磁超声在材料机械特性的检测目前还未有人在这方面有很深入的研究。机械性能是金属材料的常用指标的一个集合，是机械类产品设计中使用的重要材料性能指标。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命，而目前对材料机械特性的检测采用离线拉伸的方式，这种方式会对材料造成破坏，影响材料的再次使用，造成资源浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中提到的现有技术对材料机械特性（屈服强度）检测的缺陷，提供了一种基于电磁超声对铁磁性材料屈服强度的估计方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于电磁超声对铁磁性材料屈服强度的估计方法，包含以下步骤：

步骤1），取N个材料屈服强度已知的铁磁性板件，N为大于0的自然数，对于每一个铁磁性板件：