基于磁记忆的油气管道应力损伤检测方法研究.pdf

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1、第３８卷第２期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ２２０１７年２月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＦｅｂ．２０１７基于磁记忆的油气管道应力损伤检测方法研究１，２２２王国庆，杨理践，刘斌（１．辽宁石油化工大学机械工程学院抚顺１１３００１；２．沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳１１０８７０）摘要：应力集中是油气管道损坏的关键因素，对管道安全构成重大威胁。对其进行有效检测，既可发现由应力集中引起的机械损伤亦可实现对管道早期损伤的预判。磁记忆检测技术作为一种应力检测方法得到了业界认可。从能量平衡角度出发

2、，分别从宏观和微观的角度对应力作用下的铁磁体磁记忆信号特征进行分析，建立应力与材料磁化率及原子磁矩之间的理论关系模型。采用基于第一性原理的ＣＡＳＴＥＰ软件对铁碳金属体系的磁记忆力磁耦合过程进行仿真。结果表明，铁磁体在外力作用下，体系能量将重新平衡并达到稳定状态，电子能带及态密度分布特征发生改变，导致材料磁性下降，原子磁矩及材料磁化率随应力增大呈线性减小的变化趋势。通过对含裂纹管道的磁记忆检测，验证了应力损伤磁记忆检测方法的理论分析正确性及工程应用有效性。关键词：磁记忆；应力损伤；油气管道；原子磁矩中图分类号：ＴＨ７０１文献标识码：

3、Ａ国家标准学科分类代码：４３０．２５Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｏｉｌｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｒｅｓｓｄａｍａｇｅｂａｓｅｄｏｎｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｍｏｒｙ１，２２２ＷａｎｇＧｕｏｑｉｎｇ，ＹａｎｇＬｉｊｉａｎ，ＬｉｕＢｉｎ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｉａｏｎｉｎｇＳｈｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｓｈｕｎ１１３００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃ

4、ｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｔｈａｔｉｎｄｕｃｅｓｔｈｅｄａｍａｇｅｏｆｏｉｌｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｉｔｉｓａｓｅｒｉｏｕｓｔｈｒｅａｔｔｏｔｈｅｓａｆｅｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｅｓｔｃａｎｂｏｔｈｆｉｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄａｍａｇｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄａｃｈｉｅｖｅｐｒｅｊｕｄｇｍｅｎｔｏｆｅａｒｌｙｄａｍａｇｅｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｍａｇｎ

5、ｅｔｉｃｍｅｍｏｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄｂｙｔｈｅｃｕｓｔｏｍｅｒｓａｓａｍｅｔｈｏｄｏｆｓｔｒｅｓｓｔｅｓｔｉｎｇ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｍｏｒｙｓｉｇｎａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｅｓｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｅｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃａｎｄｍｉｃｒｏｃｏｓｍｉｃｒａｎｇｅｆｒｏｍｔｈｅｐｏｉｎｔｏｆｅｎｅｒｇｙｂａｌａｎｃｅ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｙｒｅｌａｔｉｏｎｍｏｄｅ

6、ｌｂｅｔｗｅｅｎｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙｏｒａｔｏｍｉｃｍａｇｎｅｔｉｃｍｏｍｅｎｔｉｓｂｕｉｌｄ．ＦｏｒｃｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｍｏｒｙｉｎＦｅＣｍｅｔａｌｓｙｓｔｅｍｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＣＡＳＴＥＰｓｏｆｔｗａｒｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎｆｉｒｓｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｙｓｔｅｍｅｎｅｒｇｙｂａｌａｎｃｅｓａｎｄａｃｈｉｅｖｅｓｔｏｓｔａｂｌｅｓｔａｔｅｗｈｅｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉ

7、ｓａｐｐｌｉｅｄ．Ｉｔａｌｓｏｗｅａｋｅｎｓｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｍａｇｎｅｔｉｓｍａｎｄｃｈａｎｇｅｓｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｂａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄｅｎｓｉｔｙｏｆｓｔａｔｅ．Ａｔｏｍｉｃｍａｇｎｅｔｉｃｍｏｍｅｎｔａｎｄｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｌｉｎｅａｒｌｙａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｔｒｅｓｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｍｏｒｙｔｅｓｔｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｐｉｐｅｌｉｎｅｃｏｎｔａｉｎｅｄｃｒａｃｋｄｅｍｏｎ

8、ｓｔｒａｔｅｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｍｏｒｙ；ｓｔｒｅｓｓｄａｍａｇｅ；ｏｉｌｇａｓｐｉｐ