CN110308044A - 基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法 - Google Patents

基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110308044A
CN110308044A CN201910689513.0A CN201910689513A CN110308044A CN 110308044 A CN110308044 A CN 110308044A CN 201910689513 A CN201910689513 A CN 201910689513A CN 110308044 A CN110308044 A CN 110308044A
Authority
CN
China
Prior art keywords
material manufacturing
increasing material
magnetic memory
manufacturing product
metal magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910689513.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110308044B (zh
Inventor
于凤云
马世伟
闫春雨
高坡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heilongjiang University of Science and Technology
Original Assignee
Heilongjiang University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heilongjiang University of Science and Technology filed Critical Heilongjiang University of Science and Technology
Priority to CN201910689513.0A priority Critical patent/CN110308044B/zh
Publication of CN110308044A publication Critical patent/CN110308044A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110308044B publication Critical patent/CN110308044B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法，属于无损检测中金属磁记忆检测领域。本发明通过检测铁磁性增材制造制件表面固定点的残余磁场强度，利用方差分析法计算所测数据的总偏差平方和，将其分解为反映必然性的各测点偏差平方和与反映偶然性的偏差平方和，并计算平均偏差平方和，再进行比较，借助F检验法，进行假设检验，确定各固定测点对试验结果的影响是否显著，判别增材制造制件的应力集中区域；同时，根据各固定点磁场强度统计量大小判断应力集中程度。此方法既能充分利用测量数据所提供的信息，又能避免对测量数据的依赖性，可以作为磁记忆检测分析的判据，并为金属磁记忆检测技术在增材制造制件中的工程应用提供技术支持。

Description

基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法
技术领域
本发明涉及一种铁磁性金属材料增材制造件无损检测方法，具体涉及一种基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法，是一种基于金属磁记忆信号及其参量变化特征，探测铁磁性增材制造制件内部早期应力集中的判别方法，属于无损检测中金属磁记忆检测领域。
背景技术
铁磁增材制造制件由于其优良性能，已广泛用于汽车、医疗、电子、军工、航天航空等领域，并且不断向大型化和高参数的方向发展。在工作载荷作用下，会产生应力集中，进而导致裂纹、腐蚀、蠕变等，是导致铁磁增材制造制件损伤的主要来源。因此，对在役铁磁增材制造制件进行早期应力集中检测，具有重要意义。
金属磁记忆检测技术(MMM)是20世纪90年代以杜波夫教授为代表的俄罗斯学者率先提出一种崭新的铁磁性金属诊断技术。是对金属部件进行早期诊断的唯一行之有效的无损检测方法。目前，现有的磁记忆检测方法主要以单一的法向过零信号来进行判断，会造成带有缺陷特征的信息丢失，难免出现漏检和误判。而目前针对金属磁记忆与方差分析方法相结合展开的研究鲜有报道。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，本发明提供一种基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法，解决目前对金属磁记忆检测方法的研究尚不能充分利用检测数据所提供的信息，又过度依赖测量数目的问题。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法，具体步骤：
1)清除被检对象附近的铁磁部件，并对被检对象进行消磁处理，调整检测仪器灵敏度；
2)设定加载参数，按照一定的加载速率进行拉伸试验，达到设定载荷时暂停拉伸，保持一段时间载荷不变；
3)随机在线两次提取被检对象表面固定点漏磁场信号；
4)计算所测数据的总偏差平方和(ST)，并将其分解为反映必然性的各固定测点偏差平方和(S1，S2，S3，…)与反映偶然性的偏差平方和(Se)；
5)计算两者的平均偏差平方和；再将结果进行比较，借助F检验法，进行假设检验，从而确定各固定测点对试验结果的影响是否显著；
6)影响显著的固定测点即为增材制造制件的应力集中区域。
进一步地：所述加载速率为0.2mm/min。
进一步地：所述被检对象为典型铁磁性增材制造制件材料模具钢MS1。
本发明所达到的效果为：
本发明依据金属磁记忆检测技术与断裂损伤力学基本理论，将磁记忆信号法向磁场强度和统计学的方差分析方法相结合，建立一种基于金属磁记忆检测技术的针对铁磁性增材制造制件不同拉伸载荷下固定点的应力集中检测方法。在本发明技术方案中，通过对被测磁场强度数据进行方差分析，既能充分利用测试数据所提供的信息，又能避免对测量数目的依赖性，计算被测数据反应必然性与偶然性的平均偏差平方和，将两者进行比较，借助F检验法，进行假设检验，从而确定各固定测点对试验结果的影响是否显著；影响显著的固定测点即为增材制造制件的应力集中区域，影响越显著，应力集中越明显。金属磁记忆信号法向磁场强度和统计学的方差分析方法相结合，可以作为金属磁记忆检测铁磁性增材制造制件应力集中的判据，并为金属磁记忆检测技术在增材制造制件中的工程应用提供技术支持。
附图说明
图1为本发明实施例中使用的铁磁性增材制造制件示意图。
具体实施方式
为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在申请文件中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
实施例：在工作载荷的作用下，铁磁性增材制造制件材料内部的不连续部位会造成应力的不均匀分布，出现应力集中现象。为抵消应力集中区的应力能，在该区域由于磁机械效应作用引发的磁畴组织重新取向排列会保留下来，形成磁极，并在制件表面产生漏磁场。
在本实施例中，使用如图1所示的铁磁性增材制造制件作为实施例使用的样品，其中各个标出的尺寸(单位mm)如图1所示，在样品上标定五个固定测点，由左至右依次定义为测点1、测点2、测点3、测点4、测点5。
应用金属磁记忆检测方法检测铁磁性增材制造制件表面固定点残余磁场强度，利用方差分析法计算所测数据的总偏差平方和(ST)，将其分解为反映必然性的各测点偏差平方和(S1，S2，S3，…)与反映偶然性的偏差平方和(Se)，并计算两者(固定测点和反映必然性的各测点)的平均偏差平方和。再将两者进行比较，借助F检验法，进行假设检验，从而确定各固定测点对试验结果的影响是否显著，影响显著的固定测点即为增材制造制件的应力集中区域。同时，根据各固定点磁场强度统计量大小可判断应力集中程度。此方法既能充分利用测量数据所提供的信息，又能避免对测量数据的依赖性，可以作为磁记忆检测分析的判据，并为金属磁记忆检测技术在增材制造制件中的工程应用提供技术支持。
具体地：
先在试验所用拉伸机上设置制件不同拉伸阶段的平均应力，然后当载荷依次加载到设定值时，检测铁磁性增材制造制件表面固定点的磁感强度。拉伸机的加载速率为0.2mm/min，这样，既保障信息不会遗漏，又有较高的检测效率。
对被测固定点数据计算磁场强度平均值，其中p为测量的固定点数。
计算离差平方和，总离差平方和：并计算组内和组间离差平方和，其中r为实验重复次数，ni为第i个测点序号，Xij为第i个测点第j次实验测得的磁场强度。
计算自由度、平均平方，最后进行F检验，其中Fi为第i个测点的统计量。
表1测点1计算表
表2测点1方差分析表
同理可得到测量点2、3、4、5的方差分析结果，见表3～表10.
表3测点2计算表
表4测点2方差分析表
表5测点3计算表
表6测点3方差分析表
表7测点4计算表
表8测点4方差分析表
表9测点5计算表
表10测点5方差分析表
上述分析中显著性水平α均为0.01，F为检验统计量，可知F1>F0.01，F2>F0.01，F0.05<F3<F0.01，F4>F0.01，F5>F0.01，所以固定测量点1、2、4、5对试验结果有非常显著的影响，固定测量点3对试验结果有显著的影响。
5个固定测点磁场强度统计量的关系为：F2>F1>F5>F4>F3，据此可以判断测量点2处应力集中程度最大，实际拉伸结果证实，此处为最终断裂点。
需要说明的是：
1、本实施例所检测的对象为增材制造制件模具钢MS1，是成型过程中层层铺粉，激光烧灼最终成体的技术。
2、本实施例测量路径及方式：只设置了一条检测路径，提取两次试验磁记忆信号数据，测量方式为点测量。即测量增材制造制件上5个固定测点的磁场强度，相当于工程实际中的定点监测，符合工程实际需要，然后对5个固定测点的值进行比较，来判断构件的应力集中位置。
3、本实施例在对构件进行拉伸前进行了退磁处理。铁磁性材料在加工等过程中，会在构件表面产生自有漏磁信号而影响金属磁记忆的检测，因此，实验前在退磁器上对增材制造件制件进行了退磁处理，消除了材料本身自有漏磁场强度的影响，从而得到较为理想初始磁状态的增材制造件制件。
4、本实施例的磁记忆信号数据处理采用的方式：采用的是方差分析方法对数据进行处理，通过计算所测数据的总偏差平方和(ST)，将其分解为反映必然性的各测点偏差平方和(S1，S2，S3，…)与反映偶然性的偏差平方和(Se)，并计算两者的平均偏差平方和。再将两者进行比较，借助F检验法，进行假设检验，从而确定各固定测点对试验结果的影响是否显著，影响显著的固定测点即为增材制造制件的应力集中区域。这种方法具有以下优点：1)借助计算机辅助工具可以快速、高效、准确的计算出所求值，判断出应力集中位置。2)可以从随机因素与试验条件改变所形成的总方差中，将属于试验误差范围的方差与由于试验条件改变而引起的条件方差分解出来，并将两类方差在一定置信概率下进行F检验，依此确定位置点因素对试验结果的影响程度。3)既能充分利用测试数据所提供的信息，又能避免对测量数目的依赖性。
5、本实施例的构件的主要测量内容：由于采用的是增材制造制件，其在拉伸过程中弹性变形和塑性变形并不明显，所以主要测量内容是测量五个固定测点在整个拉伸过程中的磁场强度。
6、本实施例判别应力集中方式：采用的是方差处理构件上固定点的法向磁场强度后，得到统计量F，根据F值大小判断应力集中位置和程度。通过试验分析，表明方差可作为磁记忆信号处理的特征量，进一步丰富了判断应力集中的手段。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (3)

1.基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法，其特征在于：
1)清除被检对象附近的铁磁部件，并对被检对象进行消磁处理，调整检测仪器灵敏度；
2)设定加载参数，按照一定的加载速率进行拉伸试验，达到设定载荷时暂停拉伸，保持一段时间载荷不变；
3)随机在线两次提取被检对象表面固定点漏磁场信号；
4)计算所测数据的总偏差平方和(ST)，并将其分解为反映必然性的各固定测点偏差平方和(S1，S2，S3，…)与反映偶然性的偏差平方和(Se)；
5)计算两者的平均偏差平方和；再将结果进行比较，借助F检验法，进行假设检验，从而确定各固定测点对试验结果的影响是否显著；
6)影响显著的固定测点即为增材制造制件的应力集中区域。
2.根据权利要求1所述的基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法，其特征在于：所述加载速率为0.2mm/min。
3.根据权利要求2所述的基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法，其特征在于：所述被检对象为典型铁磁性增材制造制件材料模具钢MS1。
CN201910689513.0A 2019-07-29 2019-07-29 基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法 Active CN110308044B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910689513.0A CN110308044B (zh) 2019-07-29 2019-07-29 基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910689513.0A CN110308044B (zh) 2019-07-29 2019-07-29 基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110308044A true CN110308044A (zh) 2019-10-08
CN110308044B CN110308044B (zh) 2021-11-16

Family

ID=68082377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910689513.0A Active CN110308044B (zh) 2019-07-29 2019-07-29 基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110308044B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113340503A (zh) * 2021-06-24 2021-09-03 武汉东海石化重型装备有限公司 一种承压设备便于应力传感的增材制造方法
CN114441624A (zh) * 2022-01-31 2022-05-06 烟台大学 小型金属磁记忆裂纹检测方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102393419A (zh) * 2011-09-07 2012-03-28 北京交通大学 一种铁磁材料早期损伤的磁无损检测方法
CN105738467A (zh) * 2016-02-04 2016-07-06 天津大学 一种磁记忆多提离值管道内检测系统及其检测方法
US20170176389A1 (en) * 2014-02-11 2017-06-22 Pure Technologies Ltd. Method and system for non-destructive rail inspection
CN106970141A (zh) * 2016-01-13 2017-07-21 中国石油天然气股份有限公司 一种利用磁记忆信号变化对拉应力进行预测的方法
CN107328850A (zh) * 2017-07-31 2017-11-07 中国石油化工股份有限公司 一种基于金属磁记忆技术的管道缺陷类型识别方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102393419A (zh) * 2011-09-07 2012-03-28 北京交通大学 一种铁磁材料早期损伤的磁无损检测方法
US20170176389A1 (en) * 2014-02-11 2017-06-22 Pure Technologies Ltd. Method and system for non-destructive rail inspection
CN106970141A (zh) * 2016-01-13 2017-07-21 中国石油天然气股份有限公司 一种利用磁记忆信号变化对拉应力进行预测的方法
CN105738467A (zh) * 2016-02-04 2016-07-06 天津大学 一种磁记忆多提离值管道内检测系统及其检测方法
CN107328850A (zh) * 2017-07-31 2017-11-07 中国石油化工股份有限公司 一种基于金属磁记忆技术的管道缺陷类型识别方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于凤云 等: "Q345结构钢单向拉伸的金属磁记忆特性", 《黑龙江科技大学学报》 *
林维宣 等: "《试验设计方法》", 31 December 1995, 大连海事大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113340503A (zh) * 2021-06-24 2021-09-03 武汉东海石化重型装备有限公司 一种承压设备便于应力传感的增材制造方法
CN114441624A (zh) * 2022-01-31 2022-05-06 烟台大学 小型金属磁记忆裂纹检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110308044B (zh) 2021-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Achenbach Structural health monitoring–What is the prescription?
CN105891321B (zh) 铁磁性材料结构力学性能的微磁检测标定方法
Harmouche et al. Statistical approach for nondestructive incipient crack detection and characterization using Kullback-Leibler divergence
CN110308044A (zh) 基于金属磁记忆检测的增材制造制件早期应力集中判别方法
CN101126799A (zh) 利用铁磁材料表面杂散磁场信号监测疲劳损伤的方法
CN109034483A (zh) 一种基于质量功能配置的检测规划方法
CN111948279A (zh) 一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法
Lugaresi et al. Online validation of simulation-based digital twins exploiting time series analysis
CN110850358A (zh) 基于逐步回归算法的电能表综合检定方法及系统
CN106290152A (zh) 一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法
CN111678991B (zh) 一种用于混凝土结构无损检测损伤识别的方法
Peng et al. A lift-off revision method for magnetic flux leakage measurement signal
Qiu et al. Quantitative identification of microcracks through magnetic flux leakage testing based on improved back-propagation neural network
CN102445491B (zh) 利用自发射磁信号评价再制造毛坯应力集中程度的方法
Jenson et al. A Bayesian approach for the determination of POD curves from empirical data merged with simulation results
CN113053471B (zh) 一种用于风机主轴无损在线检测布氏硬度的方法
Lyu et al. Gauge capability studies for attribute data
Su et al. Quantitative study of the defects of ferromagnetic materials using the magnetic charge model and particle swarm optimization algorithm
CN113326256A (zh) 一种分级预警的处理方法
Sennaroglu et al. Evaluating measurement system by gauge repeatability and reproducibility
CN114646640B (zh) 一种基于激光热成像的电站结构早期蠕变检测方法
CN113836709B (zh) 堆芯指套管磨损速率的评估方法
Chen et al. Calculation of misjudgment probability for product inspection based on measurement uncertainty
Psuj Multiple parameters fusion of electromagnetic nondestructive inspection data for evaluation of fatigue damage in steel elements
CN103792280B (zh) 一种铁磁材料接触损伤反演的磁无损检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant