浅论耦合基于磁力耦合法建筑钢材料应力检测技术

论文导读：材料应力检测的一般规律，为建立磁力耦合联系论述模型提供了必要的论述支持。（2）利用Joule效应的逆效应证明了应力—伸缩—磁场的变化规律。讨论了在外磁场和应力作用下铁磁晶体内其总自由能的主要组成，并根据能量守恒定律和热力学动态平衡原理，建立了应力对磁特性参量影响的数学模型方程，并对数学模型方程进行剖析，获得了在不
摘要：随着科技的不断进步和社会经济实力的提升，每年建筑用钢材需求都在数千万吨。钢材作为结构最主要的构件，往往都担负着巨大的载荷。对建筑结构钢材料实际受力状态的直接测试策略成为当代结构健康诊断领域一个重要的探讨课题，其探讨成果极具工程运用价值，同时势必将推动对结构安全性评价的整体浅析水平。本论文在综述了国内外常用的磁学铁磁材料检测策略的基础上，着重探讨了基于磁力耦合法的建筑钢材料应力检测技术。并依此为探讨背景，通过论述浅析、实验和先进的仿真技术手段，全面地探讨了该检测技术的基本论述和实用技术，主要探讨工作如下：（1）根据建筑钢材料的构成成分，结合铁磁学论述探讨了应力及杂质对其磁畴和磁畴壁的影响机理。浅析得到应力的施加使得晶体的应力能增大和磁化方向随应力方向发生变化的结论；杂质使得磁畴的结构变得十分复杂，需要通过大量的实验来验证对应力检测策略的影响范围。阐述了利用技术磁化进行钢材料应力检测的一般规律，为建立磁力耦合联系论述模型提供了必要的论述支持。（2）利用Joule效应的逆效应证明了应力—伸缩—磁场的变化规律。讨论了在外磁场和应力作用下铁磁晶体内其总自由能的主要组成，并根据能量守恒定律和热力学动态平衡原理，建立了应力对磁特性参量影响的数学模型方程，并对数学模型方程进行剖析，获得了在不同磁场强度下钢材料应力与其相对磁导率变化的计算结果。（3）依据论述浅析的钢材料应力状态与其磁导率的联系，提出了对材料进行技术磁化并通过电磁感应原理进行应力检测的实用策略。设计了采取脉冲和正弦信号两种方式作为激磁信号的激磁电路；根据被测材料形状和利用状态设计了管筒式和U型磁路式两种结构磁探头，对其磁回路进行了磁路浅析；并利用电磁场有限元仿真软件对探头进行了优化设计。（4）开发了相应的应力检测系统样机，对主要参数进行了试验浅析。根据不同的探头结构和激磁方式设计了相应的试验案例，利用标定法在万能材料试验机上对检测系统样机进行主要技术参数的校准。对于该数据在进行处理后与材料应力联系进行了四阶曲线拟合，其相联系数都在0.98以上。并对同一材料其杂质对检测值的影响进行了浅析。以试验结果看，一般厂家生产的工程材料这种误差影响最大值小于3%。（5）利用FLUX电磁场仿真软件对系统整体进行电磁场浅析，了解材料内磁场大小、分布等信息，通过软件计算出应力与材料磁导率的对应联系，并且得到与论述相一致的结论。最后，提出了试验与数值模拟相结合的策略对某种材料应力值进行标定，代替传统的试验标定法并取得了良好的仿真结果，其中U型探头测量钢筋应力的仿真效果最好，其误差最大值小于1%。最后，总结了全文的主要探讨工作，指出了论文的不足之处以及后续的探讨重点。关键词：建筑钢材料论文磁力耦合论文应力论文检测技术论文
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Abstract7-12
第一章 绪论12-22

1.1 课题背景和作用12-13

1.2 基于磁性原理钢材料检测技术探讨概述13-19

1.2.1 金属磁记忆法原理13-15

1.2.2 磁巴克豪森噪声检测法原理15-16

1.2.3 磁声发射检测技术16-17

1.2.4 漏磁法检测原理17-18

1.2.5 磁吸收检测技术论述18-19

1.3 本论文主要探讨内容19-22

第二章 建筑钢材料磁性能基本论述22-40

2.1 建筑钢材料的分类和处理22-23

2.2 碳素钢微观结构与其磁参量影响因素23-25

2.3 磁畴及畴壁25-29

2.3.1 磁畴25-26

2.3.2 畴壁26-27

2.3.3 杂质及应力对磁畴的影响27-29

2.4 磁化历程29-33

2.4.1 交变磁场中的磁化历程30-32

2.4.2 脉冲磁场中的磁化历程32-33

2.5 磁滞现象33-37

2.5.1 内应力引起的磁滞34-36

2.5.2 参杂引起的磁滞36-37

2.6 磁后效现象37-38

2.7 本章小结38-40

第三章 磁力耦合应力检测论述探讨40-58

3.1 磁致伸缩效应40-42

3.

1.1 磁致伸缩现象40-41

3.

1.2 磁致伸缩的基本论述41-42

3.2 在外磁场和应力作用下铁磁晶体内的能量42-47
3.

2.1 交换能43-44

3.

2.2 磁晶各向异性能44-45

3.

2.3 磁弹性能45-46

3.

2.4 外磁场能46

3.

2.5 退磁场能46-47

3.3 应力（应变）对磁化历程的影响47-49

3.1 磁弹性能的影响47-48

3.2 弹性能的影响48-49

3.4 应力与外磁场同时作用下的磁性能浅析49-51

3.5 磁力耦合应力检测数学模型的建立51-54

3.6 应力检测策略的基本原理54-56

3.7 本章小结56-58

第四章 磁力耦合法应力检测系统设计58-76

4.1 引言58

4.2 传感器探头设计58-70

4.

2.1 磁路设计基本思路59-60

4.

2.2 磁路计算基本原理60-62

4.

2.3 管筒式探头磁路设计62-66

4.

2.4 U 型磁探头磁路设计66-70

4.3 激磁电路设计70-71

4.4 信号采集电路和 PC 机软件设计71-75

4.1 数据采集部分设计72

4.2 PC 机软件设计72-75

4.5 本章小结75-76

第五章 钢材料应力检测实验探讨76-118

5.1 引言76

5.2 检测系统探头优化与加工76-85

5.

2.1 管筒式探头优化与加工76-81

5.

2.2 U 型磁路式探头优化与加工81-85

5.3 检测系统样机开发85-89
5.

3.1 检测系统样机硬件电路85-86

5.

3.2 PC 机软件的开发86-89

5.4 样机参数试验浅析89-92
5.

4.1 激磁信号频率的影响89

5.

4.2 激磁信号电压幅值的影响89-90

5.

4.3 探头提离距离的影响90-91

5.

4.4 电缆线长度对信号的影响91-92

5.5 试验探讨92-105
5.5.1 系统标论文导读：测数值模拟法113-1175.7.1管筒式探头数值模拟结果113-1145.7.2U型探头数值模拟结果114-1175.8本章小结117-118第六章结论118-1206.1全文总结118-1196.2有着的不足及后续探讨重点119-120参考文献120-126作者介绍126攻读博士期间主要参与的课题126-127攻读博士学位期间发表的论文和专利127-128致谢128上一
定试验92-104

5.2 材料杂质对检测值的影响浅析104-105

5.6 应力检测系统结果浅析105-113

5.6.1 管筒式探头结果浅析105-108

5.6.2 U 型磁路式探头结果浅析108-113

5.7 应力检测数值模拟法113-117

5.7.1 管筒式探头数值模拟结果113-114

5.7.2 U 型探头数值模拟结果114-117

5.8 本章小结117-118

第六章 结论118-120

6.1 全文总结118-119

6.2 有着的不足及后续探讨重点119-120

参考文献120-126
作者介绍126
攻读博士期间主要参与的课题126-127
攻读博士学位期间发表的论文和专利127-128
致谢128