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第12期 陈耕野等：钢棒拉应力电学谱纹测试实验研究 .1647. B带动磁矩m往复摆动的幅度趋于变小，感应电动 着频率增加总体呈下降趋势；而随着应力水平的提 势随拉应力的增大有所减缓，最终转变为感应电动 高，应力感应电动势谱线逐渐上升， 势数值减小的现象 (3)运用变频测试方法，获得钢棒应力电学谱 4谱纹应力识别方法 纹，并借助最小二乘法初步建立依据应力感应电 动势谱纹进行实测应力识别的表达式 将实验室得到的不同形态应力感应电动势谱纹 (图6)，作为应力已知的标准谱纹，供实测谱线数据 参考文献 对比使用，初步形成一种基于最小二乘法谱纹对比 [1]Dubov AA.Diagnostics ofmetal itens and equipment by means of 的应力识别方法 metalmagnetic memory//NDT 99 and UK Corrosion 99 Confer 依据谱线实验，已知一定频率的应力感应电动 ence Poole Dorset 1999.287 [2]Dubov AA.A technique for monitorng the bends of boiler and 势关系为 steam-lne tubed using the magnetic memory ofmetal Them Eng ,=0十a01(i=12…,r广12…，m) 2001,48(4):289 (11) [3]Zurek H Z Magnetic contactess detection of stress distrbution 式中，：为频率为东、应力水平为零时的感应电动 and assembly defects in constnictional steel element NDT&E ht200538.589 势，α为频率点的感应电动势与应力拟合系数，； [4]W ang W.W ang S L Su S Q et al The method and feature of 为频率为f、应力水平为o时的感应电动势，·为 working stress testng for steel and imon structure and menber 对应荷载等级F的钢棒应力， SteelConstr2004.19(5):43 设工程实测中得到构件感应电动势数值为， (王威，王社良，苏三庆，等，钢铁材料结构构件工作应力的检 依次与各应力水平的标准谱纹电动势值气相减并 测方法及特点.钢结构，2004,19(5)：43) 求和，对应第应力水平的累计电势差和为 [5]W ang W,Su SQ.W ang S L The mechanisn and application of magnetoacoustic method estng stress for steel stmucture JXi'an 空×，=宫月-，li=12n(2) Arhit Technol Univ Nat Sci 2005 37(3):322 (王威，苏三庆，王社良，用磁声法MAE检测钢结构构件应 式中，X为电势差. 力的机理和应用.西安建筑科技大学学报：自然科学版，2005， 由式(12)，比较累计电势差和大小，找出最接 37(3):322) 近的应力水平σ和谱纹类型.用待求应力为。和实 [6]Ma X Y.Sun DQ.Xiao JZ etal The influence of tensile stress 测感应电动势，取代式(11)中相应变量，其残差 on the motion of magnetic domain walls and magnetocacoustic e- 平方和为 m ission JHuazhong Univ Sci Technol 1992 20(6):25 (马咸尧，孙大千，肖建中，等拉应力对磁畴壁运动及磁声发 空=宫[-(+ao) (13) 射行为的影响.华中理工大学学报，199220(6)：25) [7]Ya A S Funga Y.W atmabe T:The effect of grain boundary 式中，Y为残差 m icmostnicture on Barkhausen noise n femmmagnetic materals Ac 运用式(13)对σ一阶导为0条件 ta Mater2001,49.3019 (14) [8]Liu M Z Yang C J YuZ etal Barkhausen noise application in the detection of stress and fatigue danage JHadbin Univ SciTech- 得 nol20016(1):73 ,-(-n (刘明珠，杨从晶，于助，等.巴克豪森噪声在应力及疲劳损伤 检测上的应用.哈尔滨理工大学学报，2001.6(1)：73) (15) [9]Tanohiro Y.Shinji Y.Masshiko H.Effect of applied stresses on mag 宫 netostriction of bw catbon steel NDT E Int 1996 29(5):263 [10]Chen G Y.LiY F.Tian J etal Experiental nvestigation on 由式(15)即可得出构件的实测应力 relatonship between steel bar's campressive stress and induction 5结论 EMF J Northeast UniN Nat Sci 2006 27(11):1263 (陈耕野，李艳风，田车，等.钢材压应力与感应电动势实验 (1)实验表明对于100~600Hz之间某一确定 效应.东北大学学报：自然科学版，200627(11)：1263) [11]Chen G Y.Tang L X.ShiJJ Stress-induction EMF effects and 的频率值在拉伸荷载增加过程中，钢棒感应电动 associated prnciple ofmagnetic manent deflection for steel tube 势随拉应力σ增加，表现出先增大后减小或一直 J Hadbin Inst Technol 2006 38(12):2174 增大的现象， (陈耕野，唐理想，石俊杰，钢管应力感应电动势效应及其 (2)对于某一固定应力值，钢棒感应电动势随 磁矩偏转原理.哈尔滨工业大学学报，200638(12)：2174)第 12期 陈耕野等： 钢棒拉应力电学谱纹测试实验研究 Ｂ带动磁矩 ｍｉ往复摆动的幅度趋于变小感应电动 势随拉应力的增大有所减缓最终转变为感应电动 势数值减小的现象． 4 谱纹应力识别方法 将实验室得到的不同形态应力感应电动势谱纹 （图 6）作为应力已知的标准谱纹供实测谱线数据 对比使用初步形成一种基于最小二乘法谱纹对比 的应力识别方法． 依据谱线实验已知一定频率的应力感应电动 势关系为 ξｉｊ＝ξｉ0＋αｉσｊ （ｉ＝12…ｎ；ｊ＝12…ｍ） （11） 式中ξｉ0为频率为 ｆｉ、应力水平为零时的感应电动 势αｉ为频率 ｆｉ点的感应电动势与应力拟合系数ξｉｊ 为频率为 ｆｉ、应力水平为 σｊ时的感应电动势σｊ为 对应荷载等级 Ｆｊ的钢棒应力． 设工程实测中得到构件感应电动势数值为 ξｉ 依次与各应力水平的标准谱纹电动势值 ξｉｊ相减并 求和对应第 ｊ应力水平的累计电势差和为 ∑ ｎ ｉ＝1 χｉｊ＝∑ ｎ ｉ＝1 ｜ξｉ—ξｉｊ｜ｉ＝12…ｎ （12） 式中χｉｊ为电势差． 由式 （12）比较累计电势差和大小找出最接 近的应力水平 σｊ和谱纹类型．用待求应力为 σ和实 测感应电动势 ξｉ取代式 （11）中相应变量其残差 平方和为 ∑ ｎ ｉ＝1 γ 2 ｉ＝∑ ｎ ｉ＝1 ［ξｉ—（ξｉ0＋αｉσ） ］ 2 （13） 式中γｉ为残差． 运用式 （13）对 σ一阶导为 0条件 ｄ ｄσ ∑ ｎ ｉ＝1 γ 2 ｉ ＝0 （14） 得 σ＝ ∑ ｎ ｉ＝1 （ξｉ－ξｉ0）αｉ ∑ ｎ ｉ＝1 α 2 ｉ （15） 由式 （15）即可得出构件的实测应力． 5 结论 （1） 实验表明对于 100～600Ｈｚ之间某一确定 的频率值 ｆ在拉伸荷载增加过程中钢棒感应电动 势 ξ随拉应力 σ增加表现出先增大后减小或一直 增大的现象． （2）对于某一固定应力值钢棒感应电动势随 着频率增加总体呈下降趋势；而随着应力水平的提 高应力感应电动势谱线逐渐上升． （3）运用变频测试方法获得钢棒应力电学谱 纹并借助最小二乘法初步建立依据应力--感应电 动势谱纹进行实测应力识别的表达式． 参 考 文 献 ［1］ ＤｕｂｏｖＡＡ．Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓｏｆｍｅｔａｌｉｔｅｍｓａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂｙｍｅａｎｓｏｆ ｍｅｔａｌｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｍｏｒｙ∥ＮＤＴ99ａｎｄＵＫＣｏｒｒｏｓｉｏｎ99Ｃｏｎｆｅｒ- ｅｎｃｅ．Ｐｏｏｌｅ：Ｄｏｒｓｅｔ1999：287 ［2］ ＤｕｂｏｖＡＡ．Ａｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｂｅｎｄｓｏｆｂｏｉｌｅｒａｎｄ ｓｔｅａｍ-ｌｉｎｅｔｕｂｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｍｏｒｙｏｆｍｅｔａｌ．ＴｈｅｒｍＥｎｇ 200148（4）：289 ［3］ ＺｕｒｅｋＨ Ｚ．Ｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄａｓｓｅｍｂｌｙｄｅｆｅｃｔｓｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌｓｔｅｅｌｅｌｅｍｅｎｔ．ＮＤＴ＆ Ｅ Ｉｎｔ200538：589 ［4］ ＷａｎｇＷＷａｎｇＳＬＳｕＳＱｅｔａｌ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｆｅａｔｕｒｅｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇｓｔｒｅｓｓｔｅｓｔｉｎｇｆｏｒｓｔｅｅｌａｎｄｉｒｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｍｂｅｒ． ＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒ200419（5）：43 （王威王社良苏三庆等．钢铁材料结构构件工作应力的检 测方法及特点．钢结构200419（5）：43） ［5］ ＷａｎｇＷＳｕＳＱＷａｎｇＳＬ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ ｍａｇｎｅｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｍｅｔｈｏｄｔｅｓｔｉｎｇｓｔｒｅｓｓｆｏｒｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ＪＸｉ’ａｎ ＡｒｃｈｉｔＴｅｃｈｎｏｌＵｎｉｖＮａｔＳｃｉ200537（3）：322 （王威苏三庆王社良．用磁声法 ＭＡＥ检测钢结构构件应 力的机理和应用．西安建筑科技大学学报：自然科学版2005 37（3）：322） ［6］ ＭａＸＹＳｕｎＤＱＸｉａｏＪＺｅｔａｌ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓ ｏｎｔｈｅｍｏｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｄｏｍａｉｎｗａｌｌｓａｎｄｍａｇｎｅｔｏｃａｃｏｕｓｔｉｃｅ- ｍｉｓｓｉｏｎ．ＪＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌ199220（6）：25 （马咸尧孙大千肖建中等．拉应力对磁畴壁运动及磁声发 射行为的影响．华中理工大学学报199220（6）：25） ［7］ ＹａｍＡＳＦｕｒｕｇａＹＷａｔａｍａｂｅＴ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎＢａｒｋｈａｕｓｅｎｎｏｉｓｅｉｎｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ａｃ- ｔａＭａｔｅｒ200149：3019 ［8］ ＬｉｕＭＺＹａｎｇＣＪＹｕＺｅｔａｌ．Ｂａｒｋｈａｕｓｅｎｎｏｉｓｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎ ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓａｎｄｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅ．ＪＨａｒｂｉｎＵｎｉｖＳｃｉＴｅｃｈ- ｎｏｌ20016（1）：73 （刘明珠杨从晶于助等．巴克豪森噪声在应力及疲劳损伤 检测上的应用．哈尔滨理工大学学报20016（1）：73） ［9］ ＴｏｍｏｈｉｒｏＹＳｈｉｎｊｉＹＭａｓｓｈｉｋｏＨ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｐｐｌｉｅｄｓｔｒｅｓｓｅｓｏｎｍａｇ- ｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎｏｆｌｏｗｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌ．ＮＤＴ＆ＥＩｎｔ199629（5）：263 ［10］ ＣｈｅｎＧＹＬｉＹＦＴｉａｎＪｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｔｅｅｌｂａｒ’ｓｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ＥＭＦ．ＪＮｏｒｔｈｅａｓｔＵｎｉｖＮａｔＳｃｉ200627（11）：1263 （陈耕野李艳凤田军等．钢材压应力与感应电动势实验 效应．东北大学学报：自然科学版200627（11）：1263） ［11］ ＣｈｅｎＧＹＴａｎｇＬＸＳｈｉＪＪ．Ｓｔｒｅｓｓ-ｉｎｄｕｃｔｉｏｎＥＭＦｅｆｆｅｃｔｓａｎｄ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｍｏｍｅｎｔｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｆｏｒｓｔｅｅｌｔｕｂｅ． ＪＨａｒｂｉｎＩｎｓｔＴｅｃｈｎｏｌ200638（12）：2174 （陈耕野唐理想石俊杰．钢管应力--感应电动势效应及其 磁矩偏转原理．哈尔滨工业大学学报200638（12）：2174） ·1647·