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铁磁性材料拉伸疲劳的磁记忆信号研究

作　者: 王坤
导　师: 徐敏强
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 一般力学
关键词: 铁磁性材料拉伸疲劳有限元磁记忆检测
分类号: TG115.284
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 121次
引　用: 1次
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内容摘要

材料在变动负荷作用下发生失效的现象称为疲劳,铁磁性材料作为工程的常用材料,其失效对国民经济造成了重大损失。因此,如何对铁磁性材料进行疲劳失效的有效检测与评估受到人们的普遍重视,成为重要的研究课题。金属磁记忆技术作为一种新型的无损检测技术能够对试件的应力集中区和缺陷进行检测,在缺陷与疲劳损伤检测和寿命评估方面具有重大应用意义和广泛的应用前景。疲劳破坏的研究可以从断裂力学入手,从裂纹萌生、扩展与断裂三个阶段进行寿命的评估。也可以从损伤力学角度,通过对损伤度的评估预测寿命。本文首先介绍了裂纹萌生与发展的阶段,并引入了损伤力学的Miner线性累计损伤理论作为有限元分析的基础。从能量最低原理给出了磁记忆产生的原理,并利用磁偶极子模型计算了试件缺陷深度和宽度对磁记忆信号的影响。其次,设计了拉伸疲劳试验。结合现有的高频疲劳试验机和磁记忆信号测试系统,规定了试件的规格、材质、缺陷和载荷,并给出了磁记忆信号的测量方法与理论依据。进一步的,利用MSC.Fatigue软件进行了各试件的损伤与寿命分析,得到了试件应力集中区分布及其寿命与损伤云图,从云图中可以发现试件疲劳发展的三个阶段。在磁记忆信号分析方面,从试验数据分析了磁记忆信号与应力之间的关系,得到了试件曲线和点的磁记忆信号变化规律,其对应仿真分析得出的疲劳分析发展的三阶段,并且在点测结果中发现了断前的明显特征。最后分析了夹具、载荷和材质对磁记忆信号的影响,并利用磁畴理论进行了分析解释。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题的研究目的、背景及意义  8-9
  1.2 疲劳损伤的国内外研究现状  9-12
    1.2.1 疲劳损伤理论的发展  9
    1.2.2 疲劳寿命分析的几种方法  9-11
    1.2.3 疲劳寿命研究展望  11-12
  1.3 金属磁记忆技术的研究现状  12-14
    1.3.1 金属磁记忆原理及特点  12
    1.3.2 金属磁记忆技术发展状况  12-14
    1.3.3 金属磁记忆技术在疲劳研究中的应用  14
  1.4 本文的研究内容  14-16
第2章疲劳损伤及其磁记忆技术诊断原理  16-32
  2.1 疲劳损伤理论  16-22
    2.1.1 疲劳的定义及分类  16
    2.1.2 疲劳裂纹的萌生  16-19
    2.1.3 疲劳裂纹的扩展  19-22
  2.2 疲劳累积损伤理论  22-24
    2.2.1 疲劳损伤概述  22-23
    2.2.2 线性疲劳累计损伤理论  23-24
  2.3 疲劳损伤诊断的磁记忆技术  24-31
    2.3.1 铁磁体的磁化与磁机械效应  25-26
    2.3.2 磁化的能量原理  26-27
    2.3.3 磁记忆检测原理  27-31
  2.4 本章小结  31-32
第3章拉伸疲劳的实验设计与仿真  32-48
  3.1 实验设计  32-38
    3.1.1 实验设备  32-34
    3.1.2 试件、载荷及测量方法  34-38
  3.2 疲劳仿真  38-47
    3.2.1 有限元模型建立  38-39
    3.2.2 静力学分析  39-41
    3.2.3 疲劳损伤分析  41-47
  3.3 本章小结  47-48
第4章疲劳损伤的磁记忆信号研究  48-59
  4.1 应力与磁记忆信号关系  48-50
  4.2 磁记忆信号变化特征  50-55
    4.2.1 线测信号的变化趋势  50-52
    4.2.2 点测信号的变化趋势  52-55
  4.3 影响因素分析  55-58
    4.3.1 夹具的影响  55-57
    4.3.2 载荷的影响  57
    4.3.3 材质的影响  57-58
  4.4 本章小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-66
致谢  66

铁磁性材料拉伸疲劳的磁记忆信号研究

内容摘要

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