基于磁记忆法的铁磁材料裂纹损伤定量化研究

The metal magnetic memory (MMM) is a nondestructive testing technology that can realize the early diagnosis for the ferromagnetic material and then prevents malignant accidents fundamentally. At present, this method is only a preliminary detection method to determine the possible location of defects in engineering application, which cannot provide quantitative results. In this project, a systematic study on crack damage of ferromagnetic will be carried out to propose the criterion and characteristic parameters which can be used to quantify crack damage. The purpose is to establish the forward model and develop inversion technique of the crack damage. It is hoped that this research can provide a simple and effective inversing identification method for crack damage of ferromagnetic materials. As well as it has great significance for the promotion of the damage of materials and structures, and for the development of new non-destructive testing techniques.

金属磁记忆法作为一种被动式弱磁检测技术，理论上说该方法可以实现对铁磁材料及结构的早期诊断。目前该方法在工程应用中只作为确定缺陷可能存在位置的一种初步检测手段，无法提供定量化结果。本项目就基于金属磁记忆法，针对铁磁材料的宏观裂纹损伤开展系统研究，旨在提出可用于定量化表征裂纹损伤的磁无损检测判据和特征化参数；建立关于裂纹损伤的正演模型，发展基于磁无损检测方法的宏观裂纹缺陷反演技术。本课题的研究成果，可望为铁磁材料宏观裂纹损伤定量化研究，提供简单而行之有效的检测方法，对开展材料与结构损伤检测和促进新的实验技术的发展具有重要意义。

铁磁材料在生产、焊接和装配过程中，不可避免会产生大量的内部缺陷（如孔洞、裂纹等），在长期的使用过程中这些区域往往会发生应力集中的情况，进而导致材料和结构力学性能的退化，甚至引发突发性的安全事故，从而对国民安全和生产发展造成重大的影响。金属磁记忆方法是一种无需激励源的被动无损检测方法，可以实现对弹性应力、残余应力和应力集中等多种应力状态以及刚度退化、孔洞和裂纹等多种损伤形式的检测，且检测方式快捷简单。由于缺乏较为直观且简单有效的力磁本构模型，该方法的定量化研究尚未完备。本项目针对金属磁记忆方法的内在机理展开了研究，提出了一种基于微观统计方法的力磁耦合模型，该模型较为直观，具有明确的物理意义，适用范围较广，且计算时所需材料参数少，便于使用。基于该模型，通过实验测量和数值模拟得到了均匀应力状态以及存在孔洞和裂纹缺陷时应力集中状态对应的漏磁信号特征，并验证了该力磁耦合模型的有效性。最后基于实验结果建立目标函数，结合有限元计算和遗传算法对表面裂纹和埋深裂纹进行了反演重构。