由鐵磁性材料制作的大型構(gòu)件被廣泛應用于大型基礎設施和儀器設備中,鐵磁構(gòu)件的安全狀態(tài)關(guān)乎人們的生命財產(chǎn)安全。利用磁性法對鐵磁構(gòu)件的應力狀態(tài)進行監(jiān)測具有便捷、準確、無損等優(yōu)點,也是工程應用研究的熱點之一。本文從鐵磁性理論出發(fā),從微觀和宏觀兩個方面系統(tǒng)地探討了力磁耦合機制,研究了力磁耦合模型,建立了力-磁-電的關(guān)系,并在此基礎上系統(tǒng)地開展了磁特性與應力相關(guān)的理論研究、試驗探索及工程實踐。本文所做的主要工作與創(chuàng)新點如下:（1）從微觀和宏觀兩個方面系統(tǒng)地研究力磁耦合機理,利用磁疇理論討論了應力、外磁場作用下磁疇的運動規(guī)律和磁能分布;基于Jiles-Atherton模型討論了力磁耦合機理,研究了應力致磁各向異性的變化規(guī)律,建立了磁導率與電壓的耦合模型、應力與電壓的耦合模型,證明了樣品上的主應力差與九腳探頭輸出電壓的正比關(guān)系。以此為基礎,搭建了應力與磁特性測試系統(tǒng),測試了應力對磁特性的影響。（2）利用有限元法優(yōu)化了九腳探頭的參數(shù),得到了探頭的輸出電壓隨著探頭長度增加而緩慢增加,鐵損隨著探頭長度增加而線性增加的關(guān)系;獲得了線圈的線徑同阻抗及電感的反比關(guān)系,線圈的電壓與頻率及匝數(shù)的正比關(guān)系,線圈的感抗同... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：154 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

生產(chǎn)事故案例圖

、電耦合機理，根據(jù)課題所要研究的內(nèi)容，在實驗室搭建力、磁、電耦合測試系統(tǒng)，研究三者的耦合關(guān)系。在工程應用研究方面，基于力磁耦合與力電耦合原理，首先研究探頭的輸出電壓同主應力差的關(guān)系，然后結(jié)合彈性力學、材料力學對主應力差進行分解，求解出應力沿坐標軸方向分量大小或第一主應力、第二主應力的大校結(jié)合一系列的試驗測試與工程測試，將磁性法的結(jié)果分別與應變片法、有限元法的結(jié)果進行對照，驗證磁性法的可行性和準確性，同時結(jié)合工程實踐，將磁性法推廣到全新的更加廣泛的測試領域，本論文所研究的技術(shù)路線圖如圖1-2所示。圖1-2技術(shù)研究路線圖Figure1-2Researchroute1.6主要創(chuàng)新點(MainInnovations)本文基于鐵磁性理論，微觀上運用磁疇理論研究磁疇、疇壁、磁彈性能在應

2鐵磁性材料力磁耦合理論分析112-1所示[114]，從而證明了磁疇理論的正確性。圖2-1純鐵、硅鐵、鈷的磁疇結(jié)構(gòu)Figure2-1Magneticdomainsofpureiron,siliconironandcobalt2.1.1疇壁能的近似計算根據(jù)磁疇理論和熱力學定律，處于平衡態(tài)的磁疇滿足系統(tǒng)的最小能量原理，即鐵磁材料內(nèi)部由交換能、磁各向異性能和退磁能構(gòu)成的總自由能在平衡狀態(tài)下最小，并且自發(fā)磁化方向總是沿著易磁化方向[121-122]。在兩個相鄰磁疇之間存在一個過渡層，該層為疇壁，它是鐵磁材料內(nèi)部自發(fā)磁化區(qū)域達到平衡穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)果。Bloch最早提出疇壁的概念，Neel在Bloch的基礎上進行補充，疇壁之間存在疇壁能，主要由交換能和磁各向異性能構(gòu)成。由于鐵磁構(gòu)件的幾何形狀和尺寸的限制會導致自發(fā)磁化的均勻性在構(gòu)件的表面發(fā)生變化，從而產(chǎn)生退磁能，退磁能的增加會增大構(gòu)件內(nèi)部總的自由能，破壞鐵磁構(gòu)件內(nèi)部的自發(fā)磁化平衡穩(wěn)定狀態(tài)。因此，為了維持鐵磁構(gòu)件內(nèi)部自發(fā)磁化的穩(wěn)定狀態(tài)，需要盡可能的降低鐵磁構(gòu)件表面的退磁能。在鐵磁材料內(nèi)部，相鄰的兩個磁疇之間不能夠直接交換能量，需要通過疇壁來傳遞。在疇壁內(nèi)部，相鄰的磁矩之間既不相互平行，也不和易磁化方向一致，而是逐漸的從一個磁疇的取向慢慢過渡到另一個磁疇的取向。圖2-2為2種疇壁內(nèi)原子磁矩方向改變示意圖，疇壁內(nèi)磁矩不平行會導致交換能的增加，不和易磁化方向一致，則會導致磁各向異性能的增加[123-124]。因此，疇壁需要一定的厚度來實現(xiàn)磁矩方向的緩慢過渡，并使由磁矩方向改變而增加的交換能與磁各向異性能的和最校

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