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1.一种裂纹萌生区应力非接触弱磁检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)：建立磁力学耦合模型当无外力作用时，铁磁材料的磁感应强度为B1，μ0μ1＝B1/H (1)式中，μ0为真空磁导率，μ1为无应力下铁磁材料相对磁导率，外界磁场强度为H；当有外力作用时，铁磁材料磁感应强度为B2，在外力作用下的铁磁体的能量增量为：![]() 其中，W1、W2分别为铁磁材料受外力前后的能量；铁磁体受外力作用时，晶体发生相应相变，外应力作用增加了铁磁晶体内的应力能，产生磁弹性效应；铁磁材料只存在自发磁化形变时，铁磁体广义磁晶各向异性能为：FK＝Fk(αi)+Fela(Aik0)+Fms(αiAik0)![]() 其中，α1、α2、α3为自旋矢量方向余弦；Aik0为自发形变张量；K0、K1、K2为磁晶各向异性常数；Fk(αi)为未考虑形变的理想磁晶各向异性能；Fela(Aik0)为纯弹性能；Fms(αiAik0)为磁弹性能；当铁磁体受到外力作用时，晶体发生相应形变，此时晶体除了自发形变引起的磁弹性能外，还有因外力产生的形变引起的磁应力能；晶体总形变张量表示为:![]() ![]() 为应力作用下的形变张量；总自由能为：F(Aik)＝FK(αiAik)‑∑Aikσik＝Fk(αi)+Fela(Aik)+Fms(αiAik)‑∑Aikσik (5)平衡态下表示为：![]() ![]() 为不同晶轴方向磁晶各项系数；C2、C3沿晶轴方向弹性模量；σik＝σγiγk，γ为外应力外应力强度的方向余旋。其中，λ100、λ111分别为易磁化轴和难磁化轴的磁致伸缩系数；由式(3)与(6)可知应力各向异性能表达式为：![]() 在各向同性磁致伸缩材料中：λ100＝λ111＝λ，当磁化方向与应力同向时θ＝0，此时铁磁体受外力作用的磁弹性能变化量为：![]() σ为应力，λ为材料磁致伸缩系数。由能量守恒定律可知：单位体积的磁化能变化量|ΔW|等于外应力引起的磁应力能变量|ΔW1|，即ΔW＝‑ΔW1 (9)![]() 将铁磁材料磁致伸缩系数![]() 代入式(10)得：![]() 式中Bm为铁磁材料饱和磁感应强度，λm为饱和磁致伸缩系数，由式(11)解得应力作用下的铁磁材料相对磁导率为：![]() 式中Bm为铁磁材料饱和磁感应强度，λm为饱和磁致伸缩系数，μ0为真空磁导率，μ1为材料初始磁导率，σ为外加应力。步骤2)：建立J‑A应力磁化模型对铁磁性物体外加一个磁场，物体被磁化，表现出一定的磁性；磁化强度M和外加磁场H之间存在如下关系：M＝χH (13)其中，χ是物质磁化率；在外磁场H和外加应力σ的共同作用下，设系统的总能量为A，外加应力的磁化作用等效为一个外加磁场的作用，用磁致伸缩系数λ来表示，则，![]() 其中，α为耦合参数常数；磁致伸缩系数![]() 取为λ＝γ1M2+γ2M4；把系统总能量对磁化强度求导，得到相应的等效磁场，令Hσ为应力作用的等效磁场，则![]() 磁化强度由可逆磁化强度和不可逆磁化强度组成，即:M＝Mirr+Mrev (16)其中Mirr为不可逆磁化强度，Mrev为可逆磁化强度，把上式两边同时对应力能求导，得：![]() 其中，Man＝Ms[coth(He/a‑a/He)]为无滞后磁化强度，He＝H+αM+3σdλ/2μ0dM化简磁化强度对应力能的导数关系式，则可得到磁化强度与应力的关系模型：![]() 消去不可逆磁化强度，则得到磁化强度与应力的关系模型![]() M为磁化强度，Man为无滞后磁化强度，σ为应力，c为可逆系数，ε为材料应力性质有关的常数。通过式(19)与(13)求得应力作用区域材料的磁化率；步骤3)：建立磁信号空间散射场模型由铁磁学可知，磁介质未达到饱和时，磁化区端面上累计磁荷面密度为：Qm＝χmμ0SHρ＝Qm/S＝χmμ0H (20)其中：Qm——磁化初瞬间端面上被激励出的磁荷量，单位Wb/m2；H——磁化场强度，单位A/m；χm——材料的磁化率，为无量纲纯数，且是H的函数；μ0——真空磁导率，等于4π×10‑7H/m；S——端面面积，单位m2；ρ——磁化初瞬间端面上的磁荷密度，单位Wb/m2；裂纹在试件中条形区域萌生发展，设损伤是均匀的，将疲劳损伤集中区域磁化特性用区域端面上均匀分布的磁荷等效；以铁磁材料应力集中区表面中心为原点，建立三维磁偶极子模型；磁化方向平行于X轴，仅考虑平行于YOZ平面侧壁上的磁荷作用；磁荷面密度为ρx，定义三维空间场点坐标为P(x，y，z),磁荷点坐标为(xm，ym，zm)；该磁荷面微元dymdzm在空间点P产生的散射磁场强度为:![]() 设壁面位置为xm,0～‑dy,‑dz～dz,对其进行二元积分，得到局部磁场H’三个坐标轴方向分量分别为：![]() ![]() ![]() 求解公式(22)～(24)可得：![]() ![]() ![]() 局部磁场H’为正磁荷带与负磁荷带共同作用的合成磁场，因此H’为：![]() 式中，ex,ey,ez分别为X、Y、Z坐标轴三个方向的单位向量；由公式(28)得出，通过对正交磁化场中有限长应力集中区磁荷建模及矢量叠加，计算畸变磁场的在不同空间位置的强度分布及传递特性。 |
