第11期 邸新杰等：金属磁记忆信号关联维数与应力关系 。1103。 40 140 (a) (b) 100 60 20 -20 -20 60 50 -100 100150200 50 100150 200 距离，L/mm 距离，L/mm 图2部分检测结果.(a)=05c,÷(b)o=10c, Fig.2 Part of testing results:(a)=0.5 (b)a=1 0a, 件取自同一块X70管线钢板材，但其内部的微观结 0000 构和所经受加工过程并不完全相同造成的 金属磁记忆效应产生的内部原因取决于铁磁晶 体的微观结构特点.铁磁材料经过加工以后，内部 6 产生组织结构的不均匀性，它们往往是缺陷或应力 集中部位，一般以位错的形式存在在地磁场的作用 下，表现出磁畴的固定节点，产生磁极，形成退磁场， 以微弱的磁场散射的形式在工件表面出现，表现为 金属磁记忆现象.关联维数表示的是信号的复杂 1.0 度，当没有外加载荷时，可以认为铁磁材料内部各磁 0.5 畴分布是无序的，表现出的磁记忆信号与材料内部 1.0 应力的关系也是非常复杂的.当开始施加外加载荷 0 80 120 160 200 时，铁磁材料内部的其他因素不变，只有材料内部不 采样距离，mm 均匀处的应力集中程度发生了变化.在应力集中的 图3磁记忆信号的小波分解.s一原始信号：a一大尺度逼近部 作用下，该区域各磁畴排列和自发磁化的方向开始 分：d-细节部分 向趋于一致的方向发生变化，并且随着外加载荷的 Fig.3 Wavelet decomposition of metal magetic memory signal: 不断增加，这种一致性得到增强，表现为其金属磁记 s-original signal;a-part of large-scale approach:d-part of 忆信号分形维数的不断下降.当材料进入弹塑性的 detail 临界状态时(09o,一1.0ō)，分形维数发生陡降：当 表1不同载荷下试件磁记忆信号的关联维数D 材料完全进入塑性状态以后，其金属磁记忆信号的 Table 1 Cor relation dimension D of metal magnetic memory signal at 分维数稳定在1.25左右. different loading levels 由以上分析可知，对于实验用的X70管线钢和 磁记忆信号的关联维数，D 拉应力 Q235A钢，当材料处于塑性变形状态时，其磁记忆 Xa Xb Qa 信号的分形维数都在1.3以下，可以根据此记忆信 00, 1.8647 1.8265 1.8358 号的分形维数确定材料内部的应变状态.这对于判 01c. 1.7376 1.7705 1.7918 断应力集中部位的应力集中及其失效的危险性是非 03a。 1.7348 1.7495 1.7084 常重要的. 05a. 1.7098 1.5982 1.6372 对表1中各试件金属磁记忆信号的关联分维数 07o。 1.5111 1.5146 1.4567 与拉伸载荷进行线性拟合，可得各试件伸载荷与磁 09o. 1.2967 1.3186 1.4158 记忆信号分形维数的回归方程为： 1.0a. 1.2694 1.2692 1.3627 yxa=1.876-0.572x, 1.1o 1.2544 1.2580 1.2436 方差0=0.169，置信度99% (3) 同材料试件的分维数值并不相同，这是因为尽管试 yxb=1.857-0.555x,图 2 部分检测结果.( a) σ=0.5 σs;(b) σ=1.0 σs Fig.2 Part of testing results:( a) σ=0.5 σs;( b) σ=1.0σs 图 3 磁记忆信号的小波分解.s—原始信号;a—大尺度逼近部 分;d—细节部分 Fig.3 Wavelet decomposition of metal magneti c memory signal: s—original signal;a— part of large-scale approach;d—part of detail 表 1 不同载荷下试件磁记忆信号的关联维数 D Table 1 Correlation dimension D of metal magnetic memory signal at different loading l evels 拉应力 磁记忆信号的关联维数, D Xa Xb Qa 0σs 1.864 7 1.826 5 1.835 8 0.1σs 1.737 6 1.770 5 1.791 8 0.3σs 1.734 8 1.749 5 1.708 4 0.5σs 1.709 8 1.598 2 1.637 2 0.7σs 1.511 1 1.514 6 1.456 7 0.9σs 1.296 7 1.318 6 1.415 8 1.0σs 1.269 4 1.269 2 1.362 7 1.1σs 1.254 4 1.258 0 1.243 6 同材料试件的分维数值并不相同, 这是因为尽管试 件取自同一块 X70 管线钢板材, 但其内部的微观结 构和所经受加工过程并不完全相同造成的 . 金属磁记忆效应产生的内部原因取决于铁磁晶 体的微观结构特点 .铁磁材料经过加工以后, 内部 产生组织结构的不均匀性, 它们往往是缺陷或应力 集中部位, 一般以位错的形式存在, 在地磁场的作用 下, 表现出磁畴的固定节点, 产生磁极, 形成退磁场, 以微弱的磁场散射的形式在工件表面出现, 表现为 金属磁记忆现象 .关联维数表示的是信号的复杂 度, 当没有外加载荷时, 可以认为铁磁材料内部各磁 畴分布是无序的, 表现出的磁记忆信号与材料内部 应力的关系也是非常复杂的 .当开始施加外加载荷 时, 铁磁材料内部的其他因素不变, 只有材料内部不 均匀处的应力集中程度发生了变化 .在应力集中的 作用下, 该区域各磁畴排列和自发磁化的方向开始 向趋于一致的方向发生变化, 并且随着外加载荷的 不断增加, 这种一致性得到增强, 表现为其金属磁记 忆信号分形维数的不断下降 .当材料进入弹塑性的 临界状态时( 0.9 σs ～ 1.0σs), 分形维数发生陡降 ;当 材料完全进入塑性状态以后, 其金属磁记忆信号的 分维数稳定在 1.25 左右. 由以上分析可知, 对于实验用的 X70 管线钢和 Q235A 钢, 当材料处于塑性变形状态时, 其磁记忆 信号的分形维数都在 1.3 以下, 可以根据此记忆信 号的分形维数确定材料内部的应变状态.这对于判 断应力集中部位的应力集中及其失效的危险性是非 常重要的. 对表 1 中各试件金属磁记忆信号的关联分维数 与拉伸载荷进行线性拟合, 可得各试件伸载荷与磁 记忆信号分形维数的回归方程为 : y Xa =1.876 -0.572 x , 方差 σ=0.169, 置信度 99 % ( 3) yXb =1.857 -0.555 x , 第 11 期 邸新杰等:金属磁记忆信号关联维数与应力关系 · 1103 ·