蘇三慶，曾發(fā)榮，王 威，易術(shù)春

（西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055）

大跨空間鋼結(jié)構(gòu)、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)、大跨鋼結(jié)構(gòu)橋梁的健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)定技術(shù)正變成土木工程領(lǐng)域所面臨的瓶頸問(wèn)題．鋼結(jié)構(gòu)的主要損傷源為應(yīng)力集中區(qū)，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件因應(yīng)力集中和各種微觀缺陷擴(kuò)展而引發(fā)的脆性破壞現(xiàn)象非常嚴(yán)重[1]．發(fā)生這類事故的主要原因就是沒(méi)有一個(gè)很好的方法能對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)中潛在的損傷及構(gòu)造關(guān)鍵部位的材性變化和早期損傷狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)．常規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)方法，如超聲、磁粉、射線、滲透等方法只能對(duì)已形成的裂紋或宏觀缺陷進(jìn)行檢測(cè)[2-3]，不能對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的隱性損傷進(jìn)行早期檢測(cè)．隱性與顯性相對(duì)，指沒(méi)有形成明顯的物理不連續(xù)，而難以得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，且一旦凸顯將造成重大災(zāi)難[4]．金屬大部分為晶體，即各分子間按照一定規(guī)律形成點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，因此分子間的排列具有一定的規(guī)律，同時(shí)晶體中也存在一些微觀缺陷如空位、固溶﹑位錯(cuò)等．這些微觀缺陷在應(yīng)力的作用下會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)而形成不明顯的物理不連續(xù)，以位錯(cuò)為例，在應(yīng)力作用下位錯(cuò)會(huì)沿滑移面產(chǎn)生滑移運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生很高的應(yīng)力能并形成應(yīng)力集中，進(jìn)而導(dǎo)致隱性損傷的出現(xiàn)．雖然隱性損傷最終會(huì)形成宏觀缺陷，但宏觀缺陷萌生前所費(fèi)的時(shí)間在整個(gè)過(guò)程中比例較大，而且在隱性損傷積累的過(guò)程中，微小的外界作用都有可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成致命的影響．其自由發(fā)展的后果往往是無(wú)任何明顯征兆的結(jié)構(gòu)突然垮塌[5]．因此，及時(shí)找出鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷裂前的危險(xiǎn)區(qū)域及應(yīng)力集中區(qū)域并進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)和評(píng)估具有重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值．

以典型建筑鋼材 Q235B工字鋼構(gòu)件為研究對(duì)象，通過(guò)四點(diǎn)受彎試驗(yàn)，分析了整個(gè)受彎過(guò)程中磁場(chǎng)信號(hào)及梯度的變化規(guī)律．研究了磁記憶信號(hào)及梯度與試件工作應(yīng)力之間的曲線關(guān)系，以期為磁記憶檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)提供一定的理論基礎(chǔ)．

1 金屬磁記憶檢測(cè)原理

金屬磁記憶檢測(cè)是20世紀(jì)90年代初由俄羅斯學(xué)者杜波夫提出的[6-8]．鐵磁材料在其未被磁化之前，內(nèi)部早已存在自發(fā)磁化的小區(qū)域，這些小區(qū)域稱為磁疇．鐵磁構(gòu)件在使用過(guò)程中，受到荷載和地磁場(chǎng)的共同作用，在應(yīng)力和變形集中區(qū)域內(nèi)會(huì)發(fā)生具有磁致伸縮效應(yīng)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向，這種磁狀態(tài)的不可逆變化在工作荷載消失后會(huì)得到保留，記憶著構(gòu)件應(yīng)力集中區(qū)位置，這就是金屬材料的磁記憶效應(yīng)．

在地磁場(chǎng)環(huán)境下構(gòu)件承受荷載，表面形成漏磁場(chǎng)，表現(xiàn)為集中區(qū)切向漏磁分量Hp(x)達(dá)到最大值，法向漏磁分量Hp(y)的符號(hào)發(fā)生變化，存在過(guò)零點(diǎn)．因此，利用磁檢測(cè)儀通過(guò)測(cè)定鐵磁構(gòu)件表面Hp(y)的變化趨勢(shì)便可以推斷構(gòu)件的應(yīng)力集中區(qū)域，對(duì)結(jié)構(gòu)的早期損傷進(jìn)行判定，從而降低和防止構(gòu)件出現(xiàn)突發(fā)性破壞．

金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)的研究主要集中在以受拉構(gòu)件為主的應(yīng)力施加及斷裂前后的磁記憶信號(hào)變化情況，且都是定性化分析，無(wú)法定量分析磁記憶信號(hào)與應(yīng)力的關(guān)系．建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，主要受力構(gòu)件是以梁、板、柱為主的受彎構(gòu)件及壓彎構(gòu)件，從受力分析的角度來(lái)說(shuō)拉伸試驗(yàn)的磁記憶研究無(wú)法滿足鋼結(jié)構(gòu)的基本需求．相比于拉伸試驗(yàn)，彎曲試驗(yàn)做得較少，特別是在建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，目前很少有相關(guān)的研究報(bào)道．針對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件及壓彎構(gòu)件的磁記憶檢測(cè)研究，目前該方法仍處于探索階段，尚有大量基礎(chǔ)問(wèn)題有待開(kāi)展研究．然而，對(duì)于金屬構(gòu)件的早期損傷，特別是尚未成形的隱性不連續(xù)性變化，利用過(guò)零點(diǎn)評(píng)判難以進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)[9]．對(duì)于受彎構(gòu)件是否有效，有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究．

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)材料

選用建筑鋼結(jié)構(gòu)常用Q235B鋼，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表1和表2．

表1 材料化學(xué)成分Tab.1 Chemical composition of materials

表2 材料力學(xué)性能Tab.2 Mechanical properties of materials

試件加工成長(zhǎng)度為1.8 m及1.5 m的14號(hào)熱軋工字鋼2組，每組兩根試件，共4根試件，依次編號(hào)為試件1、試件2、試件3、試件4．調(diào)節(jié)支座使其分別形成跨度L為1.5 m和1.2 m的簡(jiǎn)支梁，左右各留0.15 m的外伸長(zhǎng)度，防止加載時(shí)發(fā)生側(cè)滑．在鋼梁跨度三分點(diǎn)處上翼緣正上方居中設(shè)置兩個(gè)80 mm×80 mm×80 mm的方鋼墊塊，并用兩根鋼筋焊接固定，作為轉(zhuǎn)換構(gòu)件，使其形成四點(diǎn)受彎的受力形式．腹板等間距的選取5條檢測(cè)線，從上翼緣開(kāi)始分別命名為1-1`、2-2`、3-3`、4-4`和5-5`；翼緣等間距的選取3條檢測(cè)線，分別命名為1-1`、2-2`和3-3`，各檢測(cè)點(diǎn)之間的距離均為50 mm．取L=1.2 m試件檢測(cè)線分布如圖1所示．

圖1 試件檢測(cè)線分布Fig.1 The testing line distribution

2.2 試驗(yàn)儀器及方法

四點(diǎn)受彎試驗(yàn)在YAW5000型液壓伺服壓剪試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行．磁場(chǎng)信號(hào)采集設(shè)備選用高精度的WT10E型數(shù)字高斯計(jì)，主要技術(shù)指標(biāo)：量程范圍0～6mT，分辨率0.001 mT及0.000 1 mT，頻率范圍10～200 Hz，相對(duì)濕度20%～80%，顯示單位mT/Gs，1 mT=10 Gs．

試驗(yàn)前，對(duì)鋼梁及支座進(jìn)行對(duì)中、調(diào)平，檢查設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，保證構(gòu)件處于四點(diǎn)受彎狀態(tài)．通過(guò)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)計(jì)算得到：不考慮鋼梁的塑性發(fā)展時(shí)，試件1和試件2，即跨度L=1.5 m時(shí)，屈服強(qiáng)度在88 kN左右；試件3和試件4，即跨度L=1.2 m時(shí)，屈服強(qiáng)度在109 kN左右．為充分了解試件應(yīng)力增長(zhǎng)過(guò)程中磁記憶信號(hào)的變化情況，對(duì)所有試件分級(jí)加載，使其產(chǎn)生彈性變形和塑性變形．為此，試件1及試件2，分別加載至0 kN、10 kN、20 kN、30 kN、40 kN、50 kN、60 kN、70 kN、80 kN、90 kN、100 kN及失穩(wěn)時(shí)停機(jī)保載進(jìn)行磁信號(hào)檢測(cè)；試件3及試件4分別載至0 kN、10 kN、20 kN、30 kN、40 kN、50 kN、60 kN、70 kN、80 kN、90 kN、100 kN、110 kN、120 kN及失穩(wěn)時(shí)停機(jī)保載進(jìn)行磁信號(hào)檢測(cè)．檢測(cè)過(guò)程中高斯計(jì)探頭緊貼構(gòu)件表面并與測(cè)量線相互垂直，以減小提離高度的影響．采用手動(dòng)測(cè)量，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)重復(fù)測(cè)量?jī)纱我詼p小隨機(jī)誤差的影響．整個(gè)試驗(yàn)都在試驗(yàn)機(jī)上在線測(cè)量，使試件在各個(gè)階段處于同一外界環(huán)境，有效消除了外界環(huán)境的改變對(duì)磁信號(hào)所造成的影響．

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試件1及試件2實(shí)際屈服強(qiáng)度為255 MPa，破壞最嚴(yán)重的部位處于X=42～58 cm處；試件3及試件4實(shí)際屈服強(qiáng)度為260 MPa，破壞最嚴(yán)重的部位處于X=30～44 cm處，試件失穩(wěn)后的形態(tài)如圖2所示．對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，發(fā)現(xiàn)兩組試件中的翼緣和腹板的重復(fù)試驗(yàn)表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)．因此分別選取試件1和試件3中腹板檢測(cè)線LINE1及翼緣檢測(cè)線1-1`的磁信號(hào)為分析對(duì)象進(jìn)行研究.

圖2 失穩(wěn)后破壞形態(tài)Fig.2 Buckling failure pattern

3.1 初始階段磁記憶信號(hào)變化

初始階段翼緣及腹板檢測(cè)線1-1`的磁記憶信號(hào)分布如圖3和4所示．

圖3 初始階段翼緣表面磁記憶信號(hào)Fig.3 Magnetic memory signal of flange in the initial stage

試驗(yàn)開(kāi)始前，先對(duì)未加載的試件進(jìn)行初始磁記憶信號(hào)的檢測(cè)，兩試件翼緣板測(cè)量線 1-1`及腹板沿檢測(cè)線1-1`檢測(cè)結(jié)果分別如圖3及圖4所示．可以看出，磁信號(hào)呈無(wú)規(guī)則變化且過(guò)零點(diǎn)現(xiàn)象在不同構(gòu)件中都不相同．由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在加工及運(yùn)輸過(guò)程中，材料曾受到的切削，磨損，沖擊機(jī)震動(dòng)等外荷載作用，這些均導(dǎo)致材料磁性能的改變，使之受到不同程度的磁化，相當(dāng)于在構(gòu)件表面施加一外磁場(chǎng)．因此試件表面磁記憶信號(hào)強(qiáng)度不為零，或者產(chǎn)生無(wú)規(guī)律的初始磁信號(hào)．

圖4 初始階段腹板表面磁記憶信號(hào)Fig.4 Magnetic memory signal of web in the initial stage

3.2 加載過(guò)程中磁記憶信號(hào)變化

加載過(guò)程中，翼緣沿測(cè)量線1-1`的磁記憶信號(hào)曲線如圖5所示．

從圖5可見(jiàn)，施加彎曲荷載以后，各試件表面磁記憶信號(hào)均由初始階段無(wú)序分布轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢ㄒ?guī)律性的磁場(chǎng)分布．隨著荷載增大，翼緣所受的彎曲拉應(yīng)力也逐漸增大．彈性階段，磁記憶信號(hào)曲線近似呈“梯形”，并且在試件中心區(qū)域（純彎段）近似呈線性分布．這種力-磁效應(yīng)的作用使得在四點(diǎn)受彎過(guò)程中，在純彎段區(qū)域內(nèi)，由于翼緣截面所受的應(yīng)力水平相同且在同一方向上，因而產(chǎn)生均勻磁化所致．在彎剪區(qū)域內(nèi)，各翼緣截面所承受的應(yīng)力水平不同而產(chǎn)生不均勻磁化所致．進(jìn)入塑性階段，磁記憶信號(hào)曲線與彈性階段呈相似性，具有相同的變化規(guī)律，直至失穩(wěn)后出現(xiàn)突變現(xiàn)象．這是由于鋼梁分岔失穩(wěn)造成的，即在屈曲前后時(shí)刻，試件從初始的平衡位形突變到與其相近的另一平衡位形，表現(xiàn)出平衡位形的分岔現(xiàn)象，應(yīng)力應(yīng)變發(fā)生突變，最終導(dǎo)致磁記憶信號(hào)發(fā)生突變．

由此可見(jiàn)，受彎試件磁記憶信號(hào)曲線形狀變化趨勢(shì)與試件在荷載作用下的彎矩圖(如圖6)具有較強(qiáng)的相似性，均在純彎段相等，在兩端彎剪段近似呈線性分布．因此，利用磁記憶信號(hào)在檢測(cè)線上的變化曲線預(yù)測(cè)受彎試件的彎矩分布情況，可以推斷出容易發(fā)生應(yīng)力集中的位置，起到安全預(yù)警的作用．

圖5 鋼梁翼緣在不同荷載作用下的磁記憶信號(hào)Fig.5 Magnetic memory signals of flange of steel beam with different loading

圖6 鋼梁彎矩圖Fig.6 The bending moment diagram of steel beam

圖5 與圖6相比，鋼梁翼緣的磁記憶信號(hào)梯形水平段要比鋼梁彎矩圖略寬的原因是，試驗(yàn)時(shí)通過(guò)在鋼梁跨度三分點(diǎn)處，上翼緣正上方居中設(shè)置兩個(gè)80 mm×80 mm×80 mm的方鋼墊塊，并用兩根鋼筋焊接固定，作為轉(zhuǎn)換構(gòu)件，使其形成四點(diǎn)受彎的受力形式．荷載是通過(guò)這兩個(gè)方鋼試件將力作用在上翼緣板上的，因此以這兩個(gè)方鋼墊塊的作用點(diǎn)為中心的周?chē)鷧^(qū)域存在很大的局部應(yīng)力，在翼緣板上，這個(gè)局部應(yīng)力的范圍不僅包含一部分純彎段，同時(shí)也包含一部分彎剪段，上翼緣在這部分彎剪段具有的應(yīng)力水平與純彎段相差不大，因此其磁記憶信號(hào)也具有與純彎段相似的特征．也就出現(xiàn)了磁記憶信號(hào)的梯形水平段比之彎矩圖梯形的水平段向外擴(kuò)展了一定距離．圖5與圖7相比，翼緣的磁記憶信號(hào)有明顯的“拐點(diǎn)”，但腹板的磁記憶信號(hào)卻有明顯的“波谷”．

加載過(guò)程中，腹板中沿測(cè)量線 1-1`的磁記憶信號(hào)曲線如圖7所示．

圖7 鋼梁腹板處磁記憶信號(hào)變化Fig.7 Change curve of magnetic memory signal of web of steel beam

從圖7可見(jiàn)，施加彎曲荷載以后，各試件表面磁信號(hào)有明顯的“波谷”現(xiàn)象，隨著荷載增大，腹板所受的剪應(yīng)力也逐漸增大，“波谷”處的磁信號(hào)也越來(lái)越大，出現(xiàn)峰值．磁記憶信號(hào)曲線呈“波谷”，這是由于應(yīng)力的存在導(dǎo)致試件在地磁場(chǎng)中被磁化的結(jié)果[10]．加載作用點(diǎn)范圍內(nèi)腹板承受局部應(yīng)力水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他位置的應(yīng)力水平，致使磁記憶信號(hào)出現(xiàn)“波谷”．隨著荷載的增大，逐漸進(jìn)入塑性階段，加載點(diǎn)處的應(yīng)力集中程度越來(lái)越大，磁記憶信號(hào)也越來(lái)越大，“波谷”現(xiàn)象也越來(lái)越明顯，直至在失穩(wěn)前達(dá)到峰值．失穩(wěn)后發(fā)生突變現(xiàn)象，這是由于鋼梁分岔失穩(wěn)造成的，應(yīng)力應(yīng)變發(fā)生突變，從而引起磁記憶信號(hào)發(fā)生突變．因此，可利用磁記憶信號(hào)峰值評(píng)判試件的應(yīng)力集中區(qū)，峰值越大，表明試件應(yīng)力集中程度越高，發(fā)生屈曲的可能性越大．

從以上試驗(yàn)可以得出，在彎曲應(yīng)力作用下磁記憶信號(hào)幾乎全部為負(fù)值，僅有個(gè)別過(guò)零點(diǎn)現(xiàn)象且過(guò)零點(diǎn)位置與應(yīng)力最大位置相隔很遠(yuǎn)，Doubov所提出的“過(guò)零點(diǎn)”判據(jù)，在其他領(lǐng)域應(yīng)用較多，對(duì)受拉試件的宏觀缺陷評(píng)判較為有效，但對(duì)于應(yīng)力集中評(píng)判效果不佳．本試驗(yàn)中的試件處于應(yīng)力集中狀態(tài)，表面無(wú)宏觀缺陷，且處于受彎狀態(tài)，即使在失穩(wěn)后也不會(huì)出現(xiàn)宏觀缺陷，故 “過(guò)零點(diǎn)”并不適用于受彎荷載作用下的磁記憶表征．

4 應(yīng)力表征分析

考慮到Hp(y)曲線的斜率變化情況，對(duì)曲線進(jìn)行微分，即K=dHp(y)/dx，分析其梯度變化的情況，如圖8及圖9所示．

4.1 翼緣的應(yīng)力表征分析

加載過(guò)程中，翼緣中沿測(cè)量線 1-1`的磁記憶信號(hào)梯度曲線如圖8所示．

第二種方法是利用陰囊皮瓣上移彌補(bǔ)。對(duì)于陰莖皮膚缺乏，或隱匿陰莖行包皮環(huán)切術(shù)后，皮膚缺乏，在陰莖體顯露后，包皮外板皮膚無(wú)法覆蓋，可利用陰囊皮瓣上移覆蓋陰莖體根部或陰莖體腹側(cè)，達(dá)到完整覆蓋陰莖體的效果(圖10)。

圖8 翼緣在受彎應(yīng)力作用下的梯度曲線Fig.8 Gradient curve of flange with bending stress

如圖8所示，分析整個(gè)加載階段，無(wú)論是彈性階段，塑性階段還是屈曲后，磁場(chǎng)梯度的變化趨勢(shì)相同，即在純彎段內(nèi)，磁場(chǎng)梯度K值近似線性變化且接近于零，在彎剪段內(nèi) K值逐漸向兩支座處增大．為進(jìn)一步研究K值與剪應(yīng)力之間的關(guān)系，給出試件的磁記憶信號(hào)梯度K在檢測(cè)線上的簡(jiǎn)化圖及剪應(yīng)力分布圖，如圖9和圖10所示．

圖9 磁場(chǎng)梯度K值簡(jiǎn)化圖Fig.9 Simplified diagram of magnetic gradient K

從圖9及圖10可以看出，翼緣表面的磁記憶信號(hào)梯度 K值與對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)力呈現(xiàn)一致的規(guī)律性變化．在剪應(yīng)力突變處，翼緣表面的磁記憶信號(hào)梯度“過(guò)零點(diǎn)”且出現(xiàn)正負(fù)突變現(xiàn)象，因此可利用此信號(hào)特征定性的找到應(yīng)力集中部位或集中荷載作用點(diǎn)，進(jìn)而評(píng)判應(yīng)力集中程度．

圖10 剪應(yīng)力分布圖Fig.10 Shear stress distribution

4.2 腹板的應(yīng)力表征分析

加載過(guò)程中，腹板中沿測(cè)量線 1-1`的磁記憶信號(hào)梯度曲線如圖11所示．

圖11 腹板在受彎應(yīng)力作用下的梯度曲線Fig.11 Gradient curve of web with bending stress

由圖11可見(jiàn)，兩根試件梯度曲線雖然在數(shù)值上略有差異，但是表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，每級(jí)荷載作用下，磁場(chǎng)梯度K在集中荷載處呈現(xiàn)較大值，在其他位置呈現(xiàn)較小值．分析整個(gè)加載階段，隨著荷載的增大，加載區(qū)域內(nèi)的K值緩慢增加，在屈曲前梯度曲線呈明顯尖端，出現(xiàn)峰-峰極值．加載過(guò)程中通過(guò)峰-峰值之間的過(guò)零點(diǎn)逐漸向某一區(qū)域靠近，最終出現(xiàn)在試件屈曲最嚴(yán)重的部位，失穩(wěn)后，峰-峰值反轉(zhuǎn)且幅值減小．

由圖 11可見(jiàn)，兩加載點(diǎn)處的峰-峰極值并非相等．以L=1.5 m試件為例進(jìn)行分析，在X=40～60 cm范圍內(nèi)，峰-峰值K=0.016 mT/cm，波動(dòng)較大，而在X=90～110 cm范圍內(nèi)，峰-峰值K=0.004 mT/cm，波動(dòng)較?。^察試件的破壞形態(tài)發(fā)現(xiàn)，試件在X=40～60 cm范圍內(nèi)的塑性變形比X=90～110 cm范圍內(nèi)的變形大很多，而在X=50 cm處變形最為嚴(yán)重．即試件在達(dá)到梯度峰-峰值Kmax以前，試件可保持穩(wěn)定，當(dāng)達(dá)到Kmax時(shí)，試件屈曲．因此，可利用腹板在受彎荷載作用下的梯度曲線峰-峰值 Kmax作為構(gòu)件屈曲前危險(xiǎn)時(shí)刻的判斷依據(jù)：峰-峰值之間的過(guò)零點(diǎn)可作為評(píng)判應(yīng)力集中位置的參考判據(jù)，梯度峰-峰值Kmax可作為評(píng)判應(yīng)力集中位置的確定性判據(jù)．

4.3 磁記憶信號(hào)與應(yīng)變的關(guān)系

給出試件在不同應(yīng)變下磁記憶信號(hào)的變化情況，如圖12所示．

圖12 鋼梁翼緣磁記憶信號(hào)-應(yīng)變圖Fig.12 Magnetic memory signal-strain diagram for flange of steel beam

對(duì)于Q235低碳鋼而言，應(yīng)力達(dá)到比例極限pσ時(shí)的應(yīng)變約為0.1%，達(dá)到屈服強(qiáng)度yσ時(shí)的應(yīng)變約為 0.15%，此時(shí)可認(rèn)為應(yīng)力達(dá)到了彈性變形的終點(diǎn)．同時(shí)達(dá)到y(tǒng)σ后，在一個(gè)較大的屈服平臺(tái)（約從ε=0.15%到ε=0.25%）．如圖12所示，當(dāng)應(yīng)變值小于0.1%時(shí)，即試件達(dá)到比例極限pσ之前，磁記憶信號(hào)強(qiáng)度呈線性減??；當(dāng)應(yīng)變值在 0.1%～0.15%時(shí)，即試件在比例極限pσ與屈服強(qiáng)度yσ之間時(shí)，磁記憶信號(hào)逐漸增大；當(dāng)應(yīng)變值大于 0.15%時(shí)，既試件在強(qiáng)化階段時(shí)，磁記憶信號(hào)又緩慢減?。?/p>

彈性階段初期，地磁場(chǎng)引起的磁記憶信號(hào)比較微弱，而由于初始狀態(tài)受到外界磁場(chǎng)及其他設(shè)備儀器的影響，在一定加載范圍內(nèi)為克服初始狀態(tài)的不穩(wěn)定性，磁記憶信號(hào)有局部增強(qiáng)現(xiàn)象．彈性階段后期，由有效場(chǎng)理論可知，應(yīng)變使試件在不同的部位產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力使磁記憶信號(hào)強(qiáng)度減弱，最終向磁滯狀態(tài)逼近，所以隨著應(yīng)力的增大磁記憶信號(hào)強(qiáng)度逐漸減小. 塑性變形的不同階段，疇壁與孤立位錯(cuò)、位錯(cuò)纏結(jié)和位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)的作用機(jī)制是不同的．塑性變形的初始階段，材料主要是孤立的位錯(cuò)和少量的位錯(cuò)纏結(jié)，這些對(duì)于疇壁運(yùn)動(dòng)是可以克服的，這就導(dǎo)致不可逆的磁化過(guò)程及表面磁場(chǎng)開(kāi)始增加；隨著塑性變形的增加，孤立的位錯(cuò)開(kāi)始減少，高位錯(cuò)密度的位錯(cuò)纏結(jié)形成非常強(qiáng)的釘扎，這些是應(yīng)力不能克服的，大量的疇壁不能運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致不可逆磁化過(guò)程的減小，因此表面磁場(chǎng)變化率開(kāi)始減??；進(jìn)一步的塑性變形，使位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了更高的釘扎能，它們將進(jìn)一步阻止疇壁的運(yùn)動(dòng)，使得表面磁場(chǎng)穩(wěn)定下來(lái)．因此，不同的變形階段，磁記憶信號(hào)與其應(yīng)力狀態(tài)呈一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系．

5 結(jié)論

(1)試件翼緣的磁記憶信號(hào)曲線形狀與試件在荷載作用下的彎矩圖相似，均在純彎段相等，在兩端彎剪段近似呈線性分布；在剪應(yīng)力突變處，磁記憶信號(hào)梯度 K值“過(guò)零點(diǎn)”且出現(xiàn)正負(fù)突變現(xiàn)象，可定性的找出應(yīng)力集中部位或集中荷載作用點(diǎn)．

(2)試件腹板的磁記憶信號(hào)在荷載作用點(diǎn)處呈峰值，沿檢測(cè)線方向的磁記憶梯度出現(xiàn)峰-峰值Kmax且過(guò)零點(diǎn)，可判定其應(yīng)力集中區(qū)．

(3)不同的變形階段，磁記憶信號(hào)與對(duì)應(yīng)應(yīng)力表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)，并從微觀機(jī)理解釋了這一現(xiàn)象．

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