一种漏磁信号特征的量化方法

本发明属于无损检测，尤其涉及一种漏磁信号特征的量化方法。

背景技术：

1、随着工业水平的快速发展，铁磁性材料的生产和使用越来越广泛，已经应用于生活中的各个领域。长期服役中的铁磁性材料容易发生老化、腐蚀，使铁磁性材料出现缺陷。因此，对铁磁性材料进行定期的检测与维护尤为重要。由于铁磁性材料在缺陷处存在较大的应力集中区，当应力集中区达到屈服点时，导致缺陷处进继续扩大进而发生事故。

2、现有技术中，漏磁检测理论未考虑磁荷的非均匀分布和应力集中区的影响，导致了漏磁信号特征的计算和测量结果误差较大，给铁磁性材料的定量化评估带来重大困难。

3、为解决上述不足，有必要研究一种漏磁信号特征的量化方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种漏磁信号特征的量化方法，基于磁力学效应，结合了磁荷的非均匀分布和缺陷处的应力集中区情况，得到了复合型磁荷解析模型，解决了漏磁信号特征在量化过程中，因磁荷的非均匀分布和应力集中区的影响，导致的计算和测量结果误差较大，铁磁性材料缺陷处的漏磁信号特征量化评估困难的技术问题。

2、本发明提供了一种漏磁信号特征的量化方法，包括：基于建立子区域磁荷分布密度模型步骤，得到缺陷区域的m×n个子区域和子区域磁荷分布密度模型，进而在建立子区域磁荷受到的库仑力模型步骤中，得到m×n个子区域的子区域磁荷受到的库仑力模型，再在建立缺陷区域的磁荷量方程组步骤中，将m×n个子区域的子区域磁荷受到的库仑力模型联立，得到缺陷区域的磁荷量方程组，在建立磁荷密度模型步骤中，根据缺陷区域的磁荷量方程组计算得到每个子区域的磁荷量，将每个子区域的磁荷量代入子区域磁荷分布密度模型，得到缺陷区域第一侧壁的磁荷密度模型；

3、再基于建立改进的有效场模型步骤，将弹性有效场模型和塑性有效场模型代入有效场模型中，得到改进的有效场模型，在建立改进的磁化强度与应力之间的关系模型步骤中，将改进的有效场模型代入磁化强度与应力之间的关系模型，得到改进的磁化强度与应力之间的关系模型，将改进的磁化强度与应力之间的关系模型与缺陷区域第一侧壁的磁荷密度模型相结合，得到改进的磁荷密度模型，再基于建立复合型磁荷解析模型步骤，将改进的磁荷密度模型代入磁荷模型中，得到复合型磁荷解析模型；

4、再通过实验验证步骤，对改进的磁荷密度模型和复合型磁荷解析模型进行验证。

5、可选地，在建立子区域磁荷分布密度模型步骤中，在库仑力的作用下稳定状态的磁荷呈现非均匀分布，将铁磁性材料的缺陷处侧壁边长为dy×dz的缺陷区域进行划分，得到m×n个子区域，每个子区域的边长为进而得到子区域磁荷分布密度模型为：

6、

7、其中，i等于1、2、3…n；j等于1、2、3…m；ρij为子区域的磁荷密度；qij为子区域的磁荷量；s为缺陷区域的侧壁的面积。

8、可选地，在建立子区域磁荷受到的库仑力模型步骤中，根据m×n个子区域，在缺陷区域的侧壁的磁荷处于稳定状态的情况下，缺陷区域侧壁的磁荷受到的磁力矢量和为0，得到子区域磁荷受到的库仑力模型为：

9、

10、

11、

12、其中，q(i，j)+为缺陷区域的第一侧壁的每个子区域的磁荷量；q(i，j)-为缺陷区域的第二侧壁的每个子区域的磁荷量；q(a,b)为缺陷区域侧壁内的单位点磁荷；a等于1、2、3…n-1，b等于1、2、3…m-1，且a不等于b；r3为缺陷区域同一个侧壁内磁荷之间的距离，；r4为缺陷区域第一侧壁与缺陷区域第二侧壁之间的磁荷之间的距离；k为库伦常量。

13、可选地，在建立缺陷区域的磁荷量方程组步骤中，由于缺陷区域第一侧壁和缺陷区域第二侧壁内均有m×n个磁荷子区域，进而根据子区域磁荷受到的库仑力模型，将m×n个子区域内的子区域磁荷受到的库仑力模型联立，获得缺陷区域的磁荷量方程组为：

14、

15、

16、

17、其中，i等于1、2、3…n，j等于1、2、3…m；q(i，j)+为缺陷区域第一侧壁的m×n个子区域的磁荷量；q(i，j)-为缺陷区域第二侧壁的m×n个子区域的磁荷量；q(a,b)为缺陷区域侧壁内的单位点磁荷；a和b均为常量；r3为缺陷区域同一个侧壁内磁荷之间的距离；r4为缺陷区域第一侧壁与缺陷区域第二侧壁之间的磁荷之间的距离；k为库伦常量。

18、可选地，在建立磁荷密度模型步骤中，通过缺陷区域的磁荷量方程组，计算得到每个子区域的q(n,m)+的磁荷量，并将每个子区域的q(n,m)+的磁荷量代入子区域磁荷分布密度模型，得到缺陷区域第一侧壁的磁荷密度模型为：

19、

20、其中，dy为缺陷区域的宽度；dz为缺陷区域的深度；dx为缺陷区域的长度。

21、可选地，在建立改进的有效场模型步骤中，基于有效场模型，并且结合缺陷区域的应力集中区的应力对磁荷密度分布的影响，得到弹性阶段有效场模型为：

22、

23、其中，为弹性有效场；θ为磁化方向和应力方向的夹角；ν为泊松比；σ为应力；λs为磁致伸缩系数；ms为饱和磁化强度；μ0为真空磁导率；

24、并得到塑性阶段有效场模型为：

25、

26、其中，为塑性有效场；k为弹性能和磁能之比；k'为单位体积内钉扎点的平均密度；εp为塑性变形量；λs为磁致伸缩系数；μ0为真空磁导率；e是杨氏模量；ms为饱和磁化强度；

27、再将弹性有效场模型和塑性有效场模型代入有效场模型中，得到改进的有效场模型为：

28、

29、其中，h为激励磁场；θ为磁化方向和应力方向的夹角；ν为泊松比；σ为应力；λs为磁致伸缩系数；ms为饱和磁化强度；μ0为真空磁导率；k为弹性能和磁能之比；k'为缺陷区域单位体积内钉扎点的平均密度；εp为塑性变形量；e为杨氏模量。

30、可选地，在建立改进的磁化强度与应力之间的关系模型步骤中，在铁磁性材料漏磁的情况下，将改进的有效场模型代入磁化强度与应力之间的关系模型，得到改进的磁化强度与应力之间的关系模型：

31、

32、其中，m为磁化强度；ms为磁饱和磁化强度；heff为有效场；α为磁化曲线形状系数。

33、可选地，在改进的磁荷密度模型步骤中，将改进的磁化强度与应力之间的关系模型与缺陷区域第一侧壁的磁荷密度模型相结合，得到改进的磁荷密度模型为：

34、

35、其中，ρ(i,j)为磁荷密度；μ0为真空磁导率；m为磁化强度；α为磁化曲线形状系数。

36、可选地，在建立复合型磁荷解析模型步骤中，将改进的磁荷密度模型代入磁荷模型中，得到复合型磁荷解析模型为：

37、

38、其中，ρ(i,j)为磁荷密度；μ0为真空磁导率；r为检测点与缺陷区域侧壁之间的距离；m为缺陷区域侧壁的水平方向的子区域；n为缺陷区域侧壁的垂直方向的子区域；i为缺陷区域侧壁的垂直方向的一个子区域；j为缺陷区域侧壁的水平方向的一个子区域。

39、可选地，在实验验证步骤中，基于改进的磁荷密度模型，计算得到应力作用下磁荷密度，以验证改进的磁荷密度模型；基于复合型磁荷解析模型，计算弹性阶段漏磁信号和塑性阶段漏磁信号，以验证复合型磁荷解析模型。

40、相较于现有技术，本发明基于磁力学效应，在磁荷模型中引入了在库仑力的作用下稳定状态的磁荷的非均匀分布和应力集中区的应力对磁荷密度分布的影响，得到复合型磁荷解析模型，使漏磁信号特征的计算和测量结果更加准确，便于铁磁性材料的漏磁信号特征的量化。