基于磁各向异性的铁磁构件残余应力磁测理论与方法研究

残余应力广泛存在于铸造、切削、热处理、焊接等处理后的结构件内,会对材料的物理、力学性能产生很大影响,对结构的强度造成很大危害,但残余应力的准确、快速检测较为困难。由于铁磁构件内的残余应力会引起材料磁导率的变化,导致构件呈磁各向异性,所以利用磁各向异性研究铁磁构件残余应力的准确、快速检测具有实际意义。首先基于磁路理论,建立了九极磁传感器等效磁路,并根据检测线圈的绕制特点,将九极磁传感器分为两个五极传感器进行分析。然后加载正弦电压,考虑被测构件的磁化状态,再利用分割磁场法求解空气隙磁阻,推导了九极磁传感器磁测残余应力理论模型,得到了系数K的数学表达式,该表达式揭示了系数K与传感器尺寸、线圈匝数、励磁电流以及空气隙之间的关系,可用于九极磁传感器尺寸和励磁电流参数的优化。最后绕制九极磁传感器,构建应力磁测试验平台,对残余应力磁测理论模型的准确性进行了验证。多组试验结果表明,不同应力作用下,理论与试验结果一致,主应力差的绝对误差基本在5 MPa以内,最大主应力方向角绝对误差基本在3°以内,磁测重复性较好,能够为铁磁构件残余应力的准确、快速检测提供理论基础。