·1564 工程科学学报，第42卷，第12期 技术引人到钢丝绳领域，更有利于研究复杂力磁 验验证了所提方法的有效性和可行性.南京航空 环境下的磁信号规律.文献[23]同样以钢丝绳带 航天大学刘瑞等@研究设计一种带有两种检测模 缺陷的单根钢丝为试验研究对象，提出可将波峰 式的磁记忆检测系统，分析研究了两种检测方法 波谷差值曲线作为磁记忆检测技术应用于钢丝的 的临界使用条件，实现静态，动态测量 判别手段.文献[58]利用ANSYS有限元模拟软 2.2.4磁记忆检测技术在压力容器及压力管道方 件，对具有预制缺陷的50Mn钢丝绳分别进行静 面的试验研究 力场计算和受环境磁场及自身剩磁场共同作用下 压力容器的运行环境和使用材料具有高温高 的三维静磁场磁标量计算，并对其进行力-磁耦合 压、易燃易爆的特性，因此加强对压力容器的无损 分析，将试验结果和模拟结果进行对比，进一步证 检测也就变得尤为重要6！安徽省特种设备检测 明了金属磁记忆信号与有缺陷钢丝绳早期损伤的 院的张俊斌6]针对预制带有焊接缺陷管道进行检 内在联系规律.Su等基于传统的磁荷模型和 测，对检测信号采用向量叠加方法进行处理，进一 Jiles提出的力-磁本构模型，提出了一种新的应力 步得到裂纹缺陷信号特征，达到定量定性检测压 依赖性磁荷模型用来计算钢丝绳表面微缺陷处的 力管道焊缝裂纹缺陷目的.Shen等针对具有焊 磁记忆信号.通过对不同预制缺陷的单根钢丝绳 接伤痕的压力容器进行了金属磁记忆技术的检测 进行单轴拉伸试验研究分析，如图6所示，表明提 研究.Liu等6啊将金属磁记忆检测技术应用于油 出的该应力依赖性磁荷模型不仅能够很好地反应 井套管领域，验证了磁记忆检测技术能够有效地 钢丝绳表面缺陷周围法向磁记忆信号H,的变化规 判别油井套管的应力集中区域.Gog等s7对石油 律，而且也可用于钢丝绳表面磁记忆信号的数值 管道裂缝进行了磁记忆检测定量研究，提出采用 分析 回归分析模型来预测管道表面裂缝的长度、宽度 和深度，为金属磁记忆技术应用于管道裂缝的预 测提供了一种有效的方法 2.3工程应用 目前，国内外学者已在诸多工程领域开展了 金属磁记忆检测技术的应用研究.在国外，俄罗斯 学者Dubov等率先将金属磁记忆技术应用于热水 图6钢丝绳单根钢丝的磁记忆检测网 锅炉6、发电机护环等工程领域的现场检测； Fig6 Magnetic memory detection of single wire rope 波兰学者Roskose等o将磁记忆技术应用到动力 设备和机械设备的检测. 2.2.3磁记忆检测技术在高速铁路领域的试验研究 在国内，磁记忆检测技术已应用于电力（如汽 高速铁路是现代化的标志，在国家经济发展 轮机叶片四火力发电机组)、管道（如蒸汽发生 中起到了关键作用.高速列车车轮对在开行中承 器管道1、输油管道)、铁路（如无缝钢轨阿）、 受着越来越大的动荷载、静荷载、组装应力.在车 压力容器（如天然气储气瓶）、机械（如起重机轨 轮踏面、轮辋、轮辐及辐板孔附近容易出现局部 道m)、石油（如井下套管、钢丝绳）、汽车（如 应力集中和疲劳裂纹萌生，造成轮轨系统动力学 汽车曲轴连杆轴颈80)等各行业， 性能恶化，出现剧烈的振动、噪音.严重的甚至导 致车轮破碎，造成重大的安全事故.因此，检测高 3磁记忆检测技术的损伤评判 速列车轮对和轮轨的异常应力集中，预报轮对早 3.1应力集中 期故障具有重要的实际意义.为此，中国铁道科学 金属磁记忆检测技术主要用来诊断应力集中 研究院的范振中61对高铁中的常用材料U7IMn 发生的位置.磁偶极子模型理论认为，在漏磁场处 钢进行了拉伸试验，根据小波包不同空间能量谱 法向磁记忆信号过零点，切向磁记忆信号具有极 中能量的大小及分布判断试件的应力集中部位及 值现象，可以准确定位缺陷或应力集中位置8如 应力集中程度.江苏大学的张军等6通过自适应 图7所示，对以宽度变化为参变量的缺陷，可以利 阈值消噪提高磁记忆的信噪比，提出新的法向分 用切向分量极值大小来反应缺陷深度变化规律； 量相轨迹方法半定量评估高铁轮对的无应力集 对以深度变化为参变量的缺陷可以用法向分量的 中、弹性形变、塑性形变、断裂状态.最后通过实 峰谷差值和切向分量的峰值大小来定位缺陷深Hy 技术引入到钢丝绳领域，更有利于研究复杂力磁 环境下的磁信号规律. 文献 [23] 同样以钢丝绳带 缺陷的单根钢丝为试验研究对象，提出可将波峰 波谷差值曲线作为磁记忆检测技术应用于钢丝的 判别手段. 文献 [58] 利用 ANSYS 有限元模拟软 件，对具有预制缺陷的 50Mn 钢丝绳分别进行静 力场计算和受环境磁场及自身剩磁场共同作用下 的三维静磁场磁标量计算，并对其进行力−磁耦合 分析，将试验结果和模拟结果进行对比，进一步证 明了金属磁记忆信号与有缺陷钢丝绳早期损伤的 内在联系规律. Su 等[59] 基于传统的磁荷模型和 Jiles 提出的力−磁本构模型，提出了一种新的应力 依赖性磁荷模型用来计算钢丝绳表面微缺陷处的 磁记忆信号. 通过对不同预制缺陷的单根钢丝绳 进行单轴拉伸试验研究分析，如图 6 所示，表明提 出的该应力依赖性磁荷模型不仅能够很好地反应 钢丝绳表面缺陷周围法向磁记忆信号 的变化规 律，而且也可用于钢丝绳表面磁记忆信号的数值 分析. 2.2.3    磁记忆检测技术在高速铁路领域的试验研究 高速铁路是现代化的标志，在国家经济发展 中起到了关键作用. 高速列车车轮对在开行中承 受着越来越大的动荷载、静荷载、组装应力. 在车 轮踏面、轮辋、轮辐及辐板孔附近容易出现局部 应力集中和疲劳裂纹萌生，造成轮轨系统动力学 性能恶化，出现剧烈的振动、噪音. 严重的甚至导 致车轮破碎，造成重大的安全事故. 因此，检测高 速列车轮对和轮轨的异常应力集中，预报轮对早 期故障具有重要的实际意义. 为此，中国铁道科学 研究院的范振中[60] 对高铁中的常用材料 U71Mn 钢进行了拉伸试验，根据小波包不同空间能量谱 中能量的大小及分布判断试件的应力集中部位及 应力集中程度. 江苏大学的张军等[61] 通过自适应 阈值消噪提高磁记忆的信噪比，提出新的法向分 量相轨迹方法半定量评估高铁轮对的无应力集 中、弹性形变、塑性形变、断裂状态. 最后通过实 验验证了所提方法的有效性和可行性. 南京航空 航天大学刘瑞等[62] 研究设计一种带有两种检测模 式的磁记忆检测系统，分析研究了两种检测方法 的临界使用条件，实现静态，动态测量. 2.2.4    磁记忆检测技术在压力容器及压力管道方 面的试验研究 压力容器的运行环境和使用材料具有高温高 压、易燃易爆的特性，因此加强对压力容器的无损 检测也就变得尤为重要[63] . 安徽省特种设备检测 院的张俊斌[64] 针对预制带有焊接缺陷管道进行检 测，对检测信号采用向量叠加方法进行处理，进一 步得到裂纹缺陷信号特征，达到定量定性检测压 力管道焊缝裂纹缺陷目的. Shen 等[65] 针对具有焊 接伤痕的压力容器进行了金属磁记忆技术的检测 研究. Liu 等[66] 将金属磁记忆检测技术应用于油 井套管领域，验证了磁记忆检测技术能够有效地 判别油井套管的应力集中区域. Gong 等[67] 对石油 管道裂缝进行了磁记忆检测定量研究，提出采用 回归分析模型来预测管道表面裂缝的长度、宽度 和深度，为金属磁记忆技术应用于管道裂缝的预 测提供了一种有效的方法. 2.3    工程应用 目前，国内外学者已在诸多工程领域开展了 金属磁记忆检测技术的应用研究. 在国外，俄罗斯 学者 Dubov 等率先将金属磁记忆技术应用于热水 锅炉[68]、发电机护环[69] 等工程领域的现场检测； 波兰学者 Roskose 等[70] 将磁记忆技术应用到动力 设备和机械设备的检测. 在国内，磁记忆检测技术已应用于电力（如汽 轮机叶片[71] ，火力发电机组[72] ）、管道（如蒸汽发生 器管道[73]、输油管道[74] ）、铁路（如无缝钢轨[75] ）、 压力容器（如天然气储气瓶[76] ）、机械（如起重机轨 道[77] ）、石油（如井下套管[78]、钢丝绳[79] ）、汽车（如 汽车曲轴连杆轴颈[80] ）等各行业. 3    磁记忆检测技术的损伤评判 3.1    应力集中 金属磁记忆检测技术主要用来诊断应力集中 发生的位置. 磁偶极子模型理论认为，在漏磁场处 法向磁记忆信号过零点，切向磁记忆信号具有极 值现象，可以准确定位缺陷或应力集中位置[81] . 如 图 7 所示，对以宽度变化为参变量的缺陷，可以利 用切向分量极值大小来反应缺陷深度变化规律； 对以深度变化为参变量的缺陷可以用法向分量的 峰谷差值和切向分量的峰值大小来定位缺陷深 图 6    钢丝绳单根钢丝的磁记忆检测[59] Fig.6    Magnetic memory detection of single wire rope[59] · 1564 · 工程科学学报，第 42 卷，第 12 期