蘇三慶，馬小平，王 威，楊熠奕

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

20世紀(jì)90年代末俄羅斯學(xué)者Doubov等提出了一種新型的無損檢測(cè)方法，即金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)[1-3]，該技術(shù)能有效的對(duì)鐵磁構(gòu)件的早期損傷(尤其是隱性不連續(xù)變化)進(jìn)行診斷.金屬磁記憶檢測(cè)方法的檢測(cè)依據(jù)是鐵磁構(gòu)件在運(yùn)行時(shí)，受工作載荷和地磁場(chǎng)共同作用，在應(yīng)力和變形集中區(qū)域內(nèi)會(huì)發(fā)生磁滯伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向，從而造成應(yīng)力集中區(qū)域漏磁場(chǎng)改變.即磁場(chǎng)的切向分量Hp(x)具有最大值，而法向分量Hp(y)改變符號(hào)出現(xiàn)過零點(diǎn)現(xiàn)象并且其梯度值K出現(xiàn)極大值.這種磁狀態(tài)的不可逆變化在工作載荷消除后繼續(xù)保留，從而通過漏磁場(chǎng)法向分量Hp(y)及其梯度K的測(cè)定，便可準(zhǔn)確判斷工件的應(yīng)力集中部位及缺陷所處位置.

目前，金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到了軌道、管道、鋼結(jié)構(gòu)等以鐵磁性構(gòu)件為主的結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)當(dāng)中.國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同因素對(duì)磁記憶信號(hào)的影響進(jìn)行了大量數(shù)值模擬研究工作.Ivanov[4]等曾利用ANSYS有限元軟件模擬在球形壓強(qiáng)載荷作用下鐵磁性管道產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和大內(nèi)凹形變后管件表面附近的漏磁通分布，模擬結(jié)果與實(shí)際情況基本一致.任吉林等[5]通過模擬18CrNi4A鋼的力 - 磁耦合過程得到在不同載荷下的磁記憶信號(hào)變化規(guī)律，并與試驗(yàn)結(jié)果有較好的契合.姚凱等[6-8]通過數(shù)值模擬的方式分析了塑性變形與磁記憶信號(hào)之間的關(guān)系以及不同缺陷寬度、不同缺陷埋深、不同提離值、不同檢測(cè)方向?qū)Υ庞洃浶盘?hào)的影響.任尚坤等[9]也通過有限元模擬分析了環(huán)境磁場(chǎng)對(duì)20#鋼力 - 磁效應(yīng)影響，指出雖然大地磁場(chǎng)強(qiáng)度不高，但其對(duì)金屬磁記憶信號(hào)的影響很大.高慶敏等[10]也通過有限元模擬分析了磁記憶信號(hào)與檢測(cè)方向及提取路徑的關(guān)系.

通過之前學(xué)者的模擬及試驗(yàn)研究，為金屬磁記憶力 - 磁耦合關(guān)系[11]的確定以及磁記憶信號(hào)與損傷的定量化分析提供了一定的參考和幫助.但是由于材料參數(shù)、載荷條件、檢測(cè)環(huán)境[12]等各種因素的影響機(jī)制尚未明確，將該技術(shù)應(yīng)用于早期損傷評(píng)估領(lǐng)域的方式、途徑尚不夠清楚，建立特定結(jié)構(gòu)的評(píng)估模型非常困難.目前該方法只作為鐵磁構(gòu)件潛在危險(xiǎn)位置的初步排查手段，還無法做到定量化評(píng)估.

相比其他漏磁檢測(cè)手段，金屬磁記憶檢測(cè)方法是以地磁場(chǎng)作為唯一激勵(lì)源，其優(yōu)勢(shì)在于檢測(cè)后無需退磁處理，檢測(cè)過程也比較方便.但在磁記憶檢測(cè)過程中，大地磁場(chǎng)[13]屬于不可控因素，無法對(duì)其進(jìn)行人為控制，而大地磁場(chǎng)方向變化對(duì)磁記憶信號(hào)的影響仍然不可忽略.鐵磁構(gòu)件在制造及服役過程中表面會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的雜散磁場(chǎng)信號(hào)，完全遮蓋了地磁場(chǎng)的影響，而排出冗余信號(hào)或設(shè)計(jì)完全屏蔽地磁場(chǎng)的試驗(yàn)又存在一些困難.

因此，本文通過ANSYS有限元模擬軟件，對(duì)不同大地磁場(chǎng)方向中鐵磁性構(gòu)件應(yīng)力集中區(qū)的磁記憶信號(hào)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到大地磁場(chǎng)的方向變化對(duì)磁記憶信號(hào)規(guī)律的影響，總結(jié)出在實(shí)際檢測(cè)過程中需要注意的情況，為今后更為準(zhǔn)確地檢測(cè)磁記憶信號(hào)提供理論依據(jù)，也為定量評(píng)估金屬磁記憶信號(hào)奠定基礎(chǔ).

1 基本理論

根據(jù)鐵磁學(xué)的研究可知，在無應(yīng)力作用的情況下，處于穩(wěn)定狀態(tài)的磁晶體內(nèi)總的自由能為

E=Ek+Ems+Eel+En+Ed

(1)

式中：Ek為磁晶體各項(xiàng)異性能；Ems為磁彈性能；Eel為彈性能；En為外磁場(chǎng)能；Ed為退磁能.

當(dāng)鐵磁性構(gòu)件受外力的作用時(shí)，晶體將發(fā)生相應(yīng)的應(yīng)變，產(chǎn)生較大的應(yīng)力能，此時(shí)晶體內(nèi)總自由能為

E=Ek+Ems+Eel+En+Ed+Eδ

(2)

式中：Eδ為材料受到外界應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力能.

從能量的角度來看，當(dāng)鐵磁體有外應(yīng)力作用時(shí)，其會(huì)產(chǎn)生磁滯伸縮性質(zhì)的形變，必然會(huì)引起磁疇壁的遷移，從而改變其自發(fā)磁化的方向以增加磁彈性能，來抵消應(yīng)力能的增加.而這種在應(yīng)力場(chǎng)和地磁場(chǎng)的共同作用下，鐵磁體內(nèi)所產(chǎn)生的晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)和磁滯伸縮逆效應(yīng)，將會(huì)引起材料宏觀磁特性的不連續(xù)分布[14].

這里由于應(yīng)力引起的材料宏觀磁特性改變，主要是指材料相對(duì)磁導(dǎo)率的改變.根據(jù)文獻(xiàn)[15]可知的鐵磁材料磁導(dǎo)率和塑性應(yīng)變存在線性遞減關(guān)系.因此，本文模擬過程采用俄羅斯動(dòng)力診斷公司根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)所提出的弱磁場(chǎng)條件下鐵磁構(gòu)件的力 - 磁耦合模型，此模型可以較好的反映彈塑性階段材料內(nèi)部應(yīng)力和磁導(dǎo)率的關(guān)系，公式如下.

μ=μT(1+bH/μT)[a0+a1|σ|m·en|σ|]

(3)

式中：μ為施加應(yīng)力后的磁導(dǎo)率；μT為無應(yīng)力狀態(tài)下的初始磁導(dǎo)率；b為與材料本身性質(zhì)相關(guān)的常數(shù)；a0，a1，m，n為與載荷方向和應(yīng)力值有關(guān)系數(shù).

2 力 - 磁耦合效應(yīng)模擬

本次模擬所選用的試件鋼材為Q235鋼，是一種擁有良好的機(jī)械性能和彈塑性能的低碳鋼，被廣泛用于建筑鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中.為制造應(yīng)力集中區(qū)域，在標(biāo)準(zhǔn)試件中間人為開一小孔，其基本尺寸如圖1所示，試件厚度5 mm.通過有限元模擬軟件計(jì)算得到試件的應(yīng)力集中系數(shù)為2.95.垂直于試件表面的方向?yàn)閥方向，法向磁記憶信號(hào)提取路徑為y方向，切向磁信號(hào)提取路徑為沿檢測(cè)線方向(x方向).其初始相對(duì)磁導(dǎo)率285，矯頑力為376 Am-1，空氣相對(duì)磁導(dǎo)率為1.其試件基本屬性見表1.

表1 試件基本參數(shù)

圖1 試件尺寸詳圖Fig.1 The size of specimen

ANSYS模擬過程分為靜力學(xué)分析和靜磁學(xué)分析兩部分.靜力場(chǎng)采用SOLID186單元，在端面施加70 MPa的面荷載，保證試件進(jìn)入塑性變形階段，計(jì)算并提取此載荷下的單元等效應(yīng)力并利用公式(3)力 - 磁耦合模型求解對(duì)應(yīng)磁導(dǎo)率.靜磁學(xué)分析包括兩個(gè)方面，第一次靜磁學(xué)分析采用磁實(shí)體標(biāo)量單元SOLID96，直接求解并提取初始狀態(tài)下的磁記憶信號(hào).第二次則將靜力學(xué)求解及計(jì)算得到的單元磁導(dǎo)率導(dǎo)入模型中，計(jì)算并提取磁記憶信號(hào).流程圖見圖2.

圖2 力 - 磁耦合流程圖Fig.2 The follow charts of magneto-mechanical coupling

網(wǎng)格劃分采用自由劃分，在考慮計(jì)算精度及計(jì)算機(jī)的計(jì)算效率的情況下，只對(duì)圓孔與空氣層接觸的位置進(jìn)行網(wǎng)格加密，并且由于試件沿x軸對(duì)稱，所以只取1/2結(jié)構(gòu)計(jì)算.試件有限元模型如圖3所示.

圖3 ANSYS有限元模型Fig.3 ANSYS finite element model

3 模擬結(jié)果及分析

為研究當(dāng)大地磁場(chǎng)與試件夾角變化時(shí)，試件應(yīng)力集中區(qū)附近的磁記憶信號(hào)變化情況.假定大地磁場(chǎng)方向沿正南正北方向，現(xiàn)分別將初始狀態(tài)及施加載荷的試件按三種方式放置并沿軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而變化與大地磁場(chǎng)的夾角，并提取試件表面路徑上的磁記憶信號(hào)，以此間接反映在不同大地磁場(chǎng)方向下磁信號(hào)的變化規(guī)律.此處模擬過程不考慮試件自身剩磁，并且忽略大地磁場(chǎng)磁傾角的影響，只對(duì)單一變量地磁場(chǎng)方向進(jìn)行分析.試件三種放置方式如圖4.圖中xyz坐標(biāo)為試件本身的局部坐標(biāo)，隨試件轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng).

圖4 試件三種放置方式Fig.4 The three placing ways of specimen

試件放置方式分為三種：①試件沿南北放置，檢測(cè)面法向?yàn)閥方向，試件繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，取轉(zhuǎn)動(dòng)變化角度分別為0°、30°、60°、90°；②試件沿南北放置，檢測(cè)面法向?yàn)閥方向，試件繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)變化角度同上；③試件垂直放置，檢測(cè)面法向?yàn)檎狈较?，試件繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)變化角度同上.具體施加方案見表2～4.

如圖5～8所示，在三種不同放置方式下，試件在初始狀態(tài)下和進(jìn)入屈服狀態(tài)后沿同一條檢測(cè)線上所提取法向磁記憶信號(hào)Hp(y)和切向磁記憶信號(hào)Hp(x).

表2 第一種放置方式下不同轉(zhuǎn)動(dòng)角度所對(duì)應(yīng)地磁場(chǎng)矯頑力

表3 第二種放置方式下不同轉(zhuǎn)動(dòng)角度所對(duì)應(yīng)地磁場(chǎng)矯頑力

表4 第三種放置方式下不同轉(zhuǎn)動(dòng)角度所對(duì)應(yīng)地磁場(chǎng)矯頑力

如圖5所示，按第一種放置方式，地磁場(chǎng)方向從沿著試件受力且平行于檢測(cè)面的方向變化到垂直于檢測(cè)面的過程中，初始狀態(tài)的磁信號(hào)變化規(guī)律與屈服后變化有相似之處.如：①法向信號(hào)Hp(y)隨著轉(zhuǎn)過角度的增加，由最初的過零點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)到近乎水平的狀態(tài)；②初始狀態(tài)切向信號(hào)Hp(x)隨著角度的變化，磁信號(hào)整體強(qiáng)度有所降低.

圖5 第一種放置方式下磁記憶信號(hào)分布Fig.5 The magnetic memory signal distribution in first placing way

但是在靠近試件缺口的位置(40 mm)處，初始狀態(tài)與屈服后磁記憶信號(hào)卻有明顯不同.如：①初始狀態(tài)下缺陷附近的法向磁信號(hào)變化并不明顯，但屈服后法向信號(hào)在缺陷附近由左波谷右波峰變化為兩邊都為波谷，并且隨著轉(zhuǎn)過角度增大，變化幅值有所增加；②切向磁信號(hào)在缺口附近變化劇烈，隨著轉(zhuǎn)過角度的增加，初始狀態(tài)切向信號(hào)極值點(diǎn)逐漸減小，到地磁場(chǎng)方向垂直于試件檢測(cè)面時(shí)，磁信號(hào)幾乎為一直線，而屈服后切向磁信號(hào)在地磁場(chǎng)角度變化時(shí)，原有的極值點(diǎn)出現(xiàn)了波峰—波谷，并且當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)接近垂直于試件檢測(cè)面的時(shí)候，波峰—波谷幅值變化最大；③試件屈服后，法向磁信號(hào)和切向磁信號(hào)的整體幅值相比初始狀態(tài)都是反向增大的.

可以看出，按第一種放置方式變化時(shí)，相比法向信號(hào)而言，切向信號(hào)隨著地磁場(chǎng)方向變化會(huì)出現(xiàn)較為劇烈的浮動(dòng)，且屈服后在缺陷位置附近會(huì)出現(xiàn)波峰—波谷的異常變化.因此，只有初始狀態(tài)且保證地磁場(chǎng)方向與試件檢測(cè)面不垂直的情況下，或者試件屈服后地磁場(chǎng)與加載方向一致時(shí)，切向磁信號(hào)才會(huì)出現(xiàn)極值點(diǎn)的現(xiàn)象.而法向信號(hào)無論是初始狀態(tài)還是試件屈服之后，當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)方向按第一種方式變化時(shí)，只要保證地磁場(chǎng)方向與試件檢測(cè)面不垂直，其過零點(diǎn)現(xiàn)象會(huì)一直存在，與理論相符.

此外，當(dāng)試件與大地磁場(chǎng)夾角變化時(shí)，初始狀態(tài)的法向信號(hào)只沿著對(duì)稱中心轉(zhuǎn)動(dòng)，其幅值并沒有像切向磁信號(hào)那樣變化劇烈.屈服后試件表面法向磁信號(hào)的整體幅值反向增加，是由于塑性變形增加，磁導(dǎo)率降低，從而導(dǎo)致磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，而且磁場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，所以可能會(huì)發(fā)生方向的變化而反向增加，因此，無論是哪種放置方式、哪種磁信號(hào)，屈服后的信號(hào)在數(shù)值上要比初始狀態(tài)小.排除塑性變形對(duì)信號(hào)幅值的影響，對(duì)于切向磁信號(hào)而言，大地磁場(chǎng)方向的變化不僅會(huì)造成磁信號(hào)整體規(guī)律變化，而且對(duì)其幅值也會(huì)有很大影響.而對(duì)于法向磁信號(hào)，大地磁場(chǎng)方向的變化只對(duì)磁信號(hào)曲線的整體斜率有影響，對(duì)其幅值影響不大，過零點(diǎn)的判別標(biāo)準(zhǔn)依然可用.

綜上所述，在實(shí)際檢測(cè)過程中，當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)與試件加載方向不平行或與檢測(cè)面出現(xiàn)夾角時(shí)，法向磁信號(hào)相比切向磁信號(hào)更為準(zhǔn)確.地磁場(chǎng)方向?qū)η笤嚰挠绊懸瘸跏紶顟B(tài)大，尤其在缺陷附近應(yīng)力集中區(qū)域.

如圖6所示，按第二種方式放置試件，與圖5相似，無論法向還是切向磁信號(hào)在初始狀態(tài)和屈服后隨著大地磁場(chǎng)角度的變化都表現(xiàn)出相似的現(xiàn)象.如：①法向磁信號(hào)一開始存在過零點(diǎn)現(xiàn)象，但隨著地磁場(chǎng)與試件側(cè)面夾角的增大，過零點(diǎn)現(xiàn)象消失，并且整體信號(hào)幅值的絕對(duì)值隨之增大；②切向磁信號(hào)只有在開始時(shí)存在極值點(diǎn)，但隨著地磁場(chǎng)角度逐漸增大，在初始狀態(tài)和屈服后都出現(xiàn)了順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).

圖6 第二種放置方式下磁記憶信號(hào)分布Fig.6 The magnetic memory signal distribution in second placing way

但是初始狀態(tài)與屈服后磁記憶信號(hào)在試件與地磁場(chǎng)夾角發(fā)生變化時(shí)也存在一些明顯差異.如：①當(dāng)試件與地磁場(chǎng)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，初始狀態(tài)法向磁信號(hào)產(chǎn)生波動(dòng)，而屈服后的信號(hào)卻比較平穩(wěn)，而且在缺陷附近有微小突起；②屈服后切向磁信號(hào)相比初始狀態(tài)有明顯的波動(dòng)，并且在缺陷處磁信號(hào)出現(xiàn)波峰—波谷的異?，F(xiàn)象，波峰—波谷幅值隨轉(zhuǎn)過角度的增大而增加.

可以看出，按第二種放置方式進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，即當(dāng)大地磁場(chǎng)方向與試件檢測(cè)面平行，但與加載方向有一定夾角時(shí)，試件表面法向磁信號(hào)過零點(diǎn)和切向磁信號(hào)極大值的現(xiàn)象消失，因此還按照原來的經(jīng)驗(yàn)依據(jù)判斷試件應(yīng)力集中區(qū)的位置和范圍將變得不再準(zhǔn)確.但從切向磁信號(hào)的變化規(guī)律來看，當(dāng)試件由南北放置慢慢轉(zhuǎn)到東西放置時(shí)，其分布規(guī)律類似于南北放置時(shí)試件法向磁信號(hào)的分布.分析其原因，可能是當(dāng)試件為東西放置時(shí)，原來以檢測(cè)線方向(x方向)為切向的磁信號(hào)現(xiàn)在是垂直于地磁場(chǎng)方向，而垂直于檢測(cè)線的z方向平行于大地磁場(chǎng)方向，所以沿z方向的磁信號(hào)會(huì)出現(xiàn)過零點(diǎn)的現(xiàn)象.

如圖7所示，為按第二種方式旋轉(zhuǎn)90°時(shí)(即試件沿東西放置)初始狀態(tài)和屈服后的z方向信號(hào).可以看到有明顯的極大值現(xiàn)象，與南北放置時(shí)試件切向磁信號(hào)有相同的現(xiàn)象.

圖7 試件東西放置時(shí)沿z方向的磁信號(hào)Fig.7 The magnetic signals of specimen along z direction when placed at the east-west direction

因此，當(dāng)試件東西放置時(shí)，其法向磁信號(hào)方向?yàn)檠貦z測(cè)線方向且垂直于地磁場(chǎng)，而切向信號(hào)為試件表面垂直于檢測(cè)線的方向，即圖1中z方向.同時(shí)，可以看到屈服后切向磁信號(hào)相比初始狀態(tài)反而變小了，其原因可從磁疇機(jī)理的角度分析，塑性變形所產(chǎn)生的微裂縫起到釘扎作用，阻礙鐵磁材料的磁化并降低了其磁導(dǎo)率，所以切向磁信號(hào)在屈服后會(huì)有所降低.進(jìn)一步說明該方向?yàn)槔碚撋系那邢虼判盘?hào)方向.

我國(guó)市場(chǎng)上應(yīng)用較為廣泛的金屬磁記憶檢測(cè)儀提供的檢測(cè)參量只有漏磁場(chǎng)法向分量Hp(y)值(垂直于檢測(cè)材料表面的漏磁場(chǎng)分量)、磁場(chǎng)變化梯度K值(dHp(y)/dx)兩個(gè)參量，所以當(dāng)試件南北放置時(shí)，如圖4(a)，y方向?yàn)榉ㄏ虼判盘?hào)方向，x方向?yàn)榍邢虼判盘?hào)方向.但是，通過上面分析可得，只通過與試件檢測(cè)面的垂直和平行所提取的法向和切向磁信號(hào)已經(jīng)不存在所對(duì)應(yīng)的過零點(diǎn)和極大值現(xiàn)象，其法向和切向方向應(yīng)該綜合考慮大地磁場(chǎng)的方向來確定.

所以在實(shí)際檢測(cè)過程中，當(dāng)試件不是正南正北放置，而是東西放置或者與地磁場(chǎng)存在一定夾角時(shí)，按原來方向的法向和切向信號(hào)判斷試件應(yīng)力集中可能存在誤差，因此找到此時(shí)磁場(chǎng)方向下試件表面的法向和切向磁信號(hào)是做出準(zhǔn)確檢測(cè)的前提條件.如東西放置時(shí)，沿檢測(cè)線方向(x方向)出現(xiàn)過零點(diǎn)的現(xiàn)象，垂直于檢測(cè)線(z方向)有極大值現(xiàn)象，所以此時(shí)法向磁信號(hào)為沿檢測(cè)線方向且垂直于地磁場(chǎng)，切向磁信號(hào)為試件表面垂直于檢測(cè)線的方向且平行于大地磁場(chǎng).

如圖8所示為第三種放置方式下磁記憶信號(hào)分布，與前面相似，無論切向信號(hào)還是法向信號(hào)，試件在初始狀態(tài)和屈服后都有相同的變化規(guī)律.如：①在初始狀態(tài)和屈服后，法向信號(hào)整體幅值的絕對(duì)值隨著地磁場(chǎng)繞y軸的旋轉(zhuǎn)角度的增大而增大，并且法向信號(hào)過零點(diǎn)的現(xiàn)象在這種放置方式下沒有出現(xiàn)；②在初始狀態(tài)和屈服后，切向信號(hào)隨著地磁場(chǎng)繞y軸的旋轉(zhuǎn)角度的增大而順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并且切向磁信號(hào)極大值的現(xiàn)象在這種放置情況下也沒有出現(xiàn).

但初始狀態(tài)和屈服后，試件在缺陷位置附近的信號(hào)出現(xiàn)差異.如：①初始狀態(tài)法向磁信號(hào)隨夾角的增加，出現(xiàn)無規(guī)律的波動(dòng)，而屈服后法向磁信號(hào)在缺陷附近出現(xiàn)微小突變；②切向磁信號(hào)在屈服后相比初始狀態(tài)，信號(hào)波動(dòng)也較大，并且缺陷處出現(xiàn)明顯的波峰—波谷現(xiàn)象.

可以看出，按第三種放置方式時(shí)，即大地磁場(chǎng)垂直于試件表面，讓試件沿長(zhǎng)度方向(x方向)所在軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，無論初始狀態(tài)還是屈服狀態(tài)，原來試件表面的法向和切向磁記憶信號(hào)都不再有過零點(diǎn)和極大值現(xiàn)象.因此和前面一樣，確定此時(shí)大地磁場(chǎng)下切向和法向磁信號(hào)的方向是確保磁記憶檢測(cè)信號(hào)準(zhǔn)確的前提條件.

另外，按第三種方式放置時(shí)，切向磁信號(hào)出現(xiàn)了類似于南北放置時(shí)的法向信號(hào)分布規(guī)律，原因同上.當(dāng)試件轉(zhuǎn)過90°時(shí)，與東西放置無異，沿檢測(cè)線方向(x方向)出現(xiàn)過零點(diǎn)的現(xiàn)象，試件表面垂直于檢測(cè)線方向(z方向)出現(xiàn)極大值的現(xiàn)象，所以此時(shí)法向磁信號(hào)為沿檢測(cè)線方向且垂直于地磁場(chǎng)，切向磁信號(hào)為試件表面垂直于檢測(cè)線的方向且平行于大地磁場(chǎng).

圖8 第三種放置方式下磁記憶信號(hào)分布Fig.8 The magnetic memory signal distribution in third placing way

但也可以看到當(dāng)大地磁場(chǎng)完全垂直于試件表面時(shí)，無論切向還是法向磁信號(hào)都基本為一直線，只有在缺陷處有些許變化，原來過零點(diǎn)和極大值的現(xiàn)象都不再出現(xiàn).所以在實(shí)際工程中，要盡可能避免試件檢測(cè)面與大地磁場(chǎng)完全垂直，否則以法向信號(hào)過零點(diǎn)和切向信號(hào)極大值為依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)判斷方式將不再適用.

4 結(jié)論

(1)在實(shí)際檢測(cè)過程中，當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)與試件加載方向不平行或與檢測(cè)面出現(xiàn)夾角時(shí)，法向磁信號(hào)相比切向磁信號(hào)更為準(zhǔn)確.地磁場(chǎng)方向?qū)υ嚰蟮挠绊懸瘸跏紶顟B(tài)大，尤其在缺陷附近應(yīng)力集中區(qū)域.

(2)在實(shí)際檢測(cè)過程中，當(dāng)試件不是正南正北放置，而是東西放置或者與地磁場(chǎng)存在一定夾角時(shí)，按原來方向的法向和切向信號(hào)判斷試件應(yīng)力集中將不再準(zhǔn)確，因此要綜合考慮大地磁場(chǎng)的方向，找到此時(shí)磁場(chǎng)方向下磁信號(hào)的法向和切向方向是做出準(zhǔn)確檢測(cè)的前提條件.如東西放置時(shí)，沿檢測(cè)線方向(x方向)出現(xiàn)過零點(diǎn)的現(xiàn)象，垂直于檢測(cè)線(z方向)有極大值現(xiàn)象，所以此時(shí)法向磁信號(hào)為沿檢測(cè)線方向且垂直于地磁場(chǎng)，切向磁信號(hào)為試件表面垂直于檢測(cè)線的方向且平行于大地磁場(chǎng).

(3)當(dāng)大地磁場(chǎng)完全垂直于試件表面時(shí)，無論切向還是法向磁信號(hào)都基本為一直線，只有在缺陷附近應(yīng)力集中處有些許變化，原來過零點(diǎn)和極大值的現(xiàn)象都不再出現(xiàn).所以在實(shí)際工程中，要盡可能避免試件檢測(cè)面與大地磁場(chǎng)完全垂直，否則以法向信號(hào)過零點(diǎn)和切向信號(hào)極大值為依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)判斷方式將不再適用.