振动构件累积疲劳损伤的磁记忆表征及机理研究

旋转机械内振动构件的破坏，约80%以上是由疲劳损伤引发的。而现行的振动监测方法和传统无损检测手段无法解决早期疲劳损伤评价问题，更不能及时遏制和预测在役构件长期运行中累积损伤造成的突发事故。新兴的金属磁记忆技术，由于在铁磁材料损伤萌生和累积过程中伴有磁记忆效应的发生，能可靠地探测出早期应力集中，同时在评价和预测疲劳累积损伤方面极富开发潜力。.本文针对振动构件早期损伤和累积损伤评估的难题，从振动损伤萌生及累积的磁记忆效应机理入手，进行磁记忆表征建模及实验研究，为及时评价振动构件的损伤部位及严重程度提供理论基础和方法依据。主要内容包括：（1）疲劳损伤萌生微观机制下的磁记忆形成机理；（2）多周期疲劳损伤累积过程的磁记忆累积机理及实验研究；（3）不同振型引起的累积损伤速率的磁记忆表征模型；（4）对多种边界条件下振动构件累积损伤部位、损伤程度进行磁记忆信号特征提取与仿真，为实际工程评估提供基础性研究。

针对振动构件早期损伤及累积损伤的评价难题，从一个新的角度，即振动损伤萌生与损伤累积相伴随的磁记忆效应入手，进行疲劳累积损伤的磁记忆表征及机理研究。将宏观的磁记忆特征与微观的损伤萌生相结合，研究了疲劳损伤萌生的磁记忆表征规律及临界信号，并根据损伤成核与磁畴自发磁化发生在同一个相变过程，以相变为桥梁建立了疲劳损伤萌生微观机制下的磁记忆机理模型，为早期疲劳损伤萌生评价提供了一种新的思路。在此基础上，通过振动构件累积损伤的磁记忆漏磁场峰值累积实验，获得了多周期疲劳损伤累积的磁记忆表征规律，基于损伤力学理论以疲劳循环次数N代替时间t，建立了疲劳累积损伤的磁记忆N型描述。同时考虑到影响振动构件疲劳累积损伤速率的因素较多，研究了不同材质和不同热处理方式下累积损伤扩展速率与磁记忆特征的相关性。通过对多种边界条件下不同振型的累积损伤分布、损伤速率及损伤程度的磁记忆特征进行提取，以及 ANSYS有限元仿真对比研究，建立了多种边界条件下各阶振型的磁记忆分布函数，依据振动构件主导振型最危险点的磁记忆特征确定振动构件的累积损伤分布及损伤程度，为实际工程中及时评价振动构件的疲劳累积损伤部位、严重程度提供新的理论基础和方法依据。　　. 通过本课题的研究，出版著作1部，发表论文20篇，其中EI检索13篇、SCI检索5篇，获批专利2项，培养博士后1名、博士2名、硕士5名。