基于材料磁特性的结构疲劳损伤磁测方法研究.pdf

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1、第３８卷第６期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ６２０１７年６月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＪｕｎ．２０１７基于材料磁特性的结构疲劳损伤磁测方法研究辛伟，丁克勤（中国特种设备检测研究院北京１０００２９）摘要：结构疲劳损伤测量和评估方法的研究是一个难点。由于疲劳损伤伴随材料磁特性的变化，且磁测法测量简单方便，所以利用材料磁特性测量和评估结构的疲劳损伤具有实际意义。以Ｑ２３５钢为试件，通过构建疲劳损伤磁测试验平台，研究了循环应力下，基于磁滞回线的结构疲劳损伤磁

2、测法。结果表明，疲劳损伤不同，磁滞回线也不同。提取磁滞回线的矫顽力Ｈｃ和剩磁Ｂｒ作为特征量进行分析，结果显示，试件失效前的疲劳过程大致分为两个阶段：首先是Ｈｃ和Ｂｒ的快速增大阶段，该阶段的Ｈｃ和Ｂｒ对疲劳损伤的灵敏度较高；然后是Ｈｃ和Ｂｒ的变化缓慢阶段，该阶段的Ｈｃ和Ｂｒ对疲劳损伤的灵敏度较低。最后分析了Ｈｃ和Ｂｒ与疲劳累积损伤Ｄ的变化关系，能够为结构疲劳损伤的定量评估及在线监测技术的研究提供基础。关键词：疲劳损伤；磁滞回线；矫顽力；剩磁；特征量中图分类号：ＴＨ８７ＴＧ１１５文献标识码：Ａ国家标准

3、学科分类代码：４３０．２５ＭａｇｎｅｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＸｉｎＷｅｉ，ＤｉｎｇＫｅｑｉｎ（ＣｈｉｎａＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄａｃｃｕｒａｔｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｔｒｕｃ

4、ｔｕｒａｌｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅｉｓａｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇｉｓｓｕｅ．Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅ，ｍａｔｅｒｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃｈａｎｇｅｓ，ａｎｄｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ．Ｈｅｎｃｅ，ｉｔｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｔｏｄｅｔｅｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅｕｓｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．

5、ＵｓｉｎｇＱ２３５ｓｔｅｅｌａｓｔｅｓｔｓａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓｗｏｒｋｆｏｃｕｓｅｓｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅｂａｓｅｄｏｎｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐｕｎｄｅｒｃｙｃｌｉｃｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｔｅｓｔｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｓｅｔｕｐ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐｃｈａｎｇｅｓｗｈｅｎｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．Ｔｈｅｃｏｅｒ

6、ｃｉｖｅｆｏｒｃｅＨｃａｎｄｒｅｍａｎｅｎｃｅＢｒｏｆｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐａｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄａｓｆｅａｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｗｈｏｌｅｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｃｅｓｓｃａｎｂｅｒｏｕｇｈｌｙｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｗｏｓｔａｇｅｓｂｅｆｏｒｅｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｆａｉｌｕｒｅ．ＨｃａｎｄＢｒｒｉｓｅｒａｐｉｄｌｙｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｓｔａｇｅ，ｗｈｏｓｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｄａｍａ

7、ｇｅａｒｅｈｉｇｈｅｒ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ，ＨｃａｎｄＢｒｃｈａｎｇｅｓｌｏｗｌｙｉｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｓｔａｇｅ，ｗｈｏｓｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅａｒｅｌｏｗｅｒ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｏｆＨｃ，ＢｒａｎｄｆａｔｉｇｕｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｄａｍａｇｅＤａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒ

8、ａｌｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅａｎｄｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅ；ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐ；ｃｏｅｒｃｉｖｅｆｏｒｃｅ；ｒｅｍａｎｅｎｃｅ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ计，在各类机械零部件的失效中，大约８０％以上是由疲１引言劳损伤破坏引起的。特别是近些年，随着机械向高速和大型化方向发展，机械的工作应力越来越高，工作条件越随着现代工业的发展，疲劳损伤问题已广泛存在于来越恶劣，使得疲劳损伤破坏更趋于频繁。为避