基于巴克豪森效應(yīng)的高強(qiáng)鋼板成形零件的力學(xué)性能檢測(cè).pdf

1、近年來(lái)，汽車(chē)行業(yè)越來(lái)越多地使用高強(qiáng)鋼來(lái)制造車(chē)身安全零部件，為了保證零件的安全性能，成形后的高強(qiáng)鋼零件的基本力學(xué)性能（強(qiáng)度、硬度、殘余應(yīng)力、微觀組織等）需要進(jìn)行在線檢測(cè)，而目前傳統(tǒng)的檢測(cè)方法如金相法、拉伸法等不僅測(cè)試周期長(zhǎng)，且會(huì)對(duì)零件產(chǎn)生不可逆的損傷。為了實(shí)現(xiàn)汽車(chē)高強(qiáng)鋼板零件力學(xué)性能的快速無(wú)損檢測(cè)，本文提出了基于巴克豪森效應(yīng)（Magnetic Barkhausen Effect，MBE）的無(wú)損檢測(cè)方法。
　　巴克豪森效應(yīng)（Magne

2、tic Barkhausen Effect，MBE）是指鐵磁材料在交變磁場(chǎng)的作用下，內(nèi)部的磁疇發(fā)生多種形式的翻轉(zhuǎn)，而在釘扎的阻礙下，磁疇的翻轉(zhuǎn)表現(xiàn)出階躍式的運(yùn)動(dòng)特征，其結(jié)果是產(chǎn)生類(lèi)似噪聲的周期性電磁信號(hào)（Magnetic Barkhausen Noise，MBN）。為了實(shí)現(xiàn)基于MBN的高強(qiáng)鋼板零件無(wú)損檢測(cè)，不僅需要研究每種力學(xué)性能對(duì)MBN的影響，更需要分辨出MBN信號(hào)中不同成分與不同力學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)性，并從微觀進(jìn)行解釋?zhuān)瑸榇吮疚膹暮暧^

3、信號(hào)處理和微觀數(shù)值模擬的角度進(jìn)行了多方面的研究。
　　通過(guò)研究材料對(duì)電磁激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)，及其MBN的信號(hào)特征，自主開(kāi)發(fā)了MBN信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。針對(duì)MBN信號(hào)頻率成分復(fù)雜，以及信號(hào)受多種因素影響的特征，在傳統(tǒng)的時(shí)域分析的基礎(chǔ)上，提出了針對(duì)MBN信號(hào)進(jìn)行超分辨率譜分析和信號(hào)重構(gòu)的多尺度信號(hào)處理方法。這兩種方法為實(shí)現(xiàn)多種力學(xué)性能變量的檢測(cè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
　　基于MBN信號(hào)的時(shí)域分析方法，本文針對(duì)硬度和彈性應(yīng)力兩大力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了研究

4、。研究發(fā)現(xiàn)隨著硬度的增加，磁疇翻轉(zhuǎn)的阻力變大，導(dǎo)致MBN信號(hào)逐漸減弱。在研究彈性應(yīng)力對(duì)MBN信號(hào)影響的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)隨著應(yīng)變（以拉應(yīng)變?yōu)檎?，壓?yīng)變?yōu)樨?fù)）的增加，磁化率增加，導(dǎo)致MBN信號(hào)強(qiáng)度線性地增加。依據(jù)時(shí)域特征值和力學(xué)性能之間的標(biāo)定曲線，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)力學(xué)性能的定量在線檢測(cè)。
　　在時(shí)域分析的基礎(chǔ)上，使用基于AR模型的超分辨率譜分析方法，對(duì)MBN信號(hào)進(jìn)行了離線的處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著硬度的逐漸減小，信號(hào)中的低頻（15kHz以下）成分逐

5、漸增強(qiáng)，而高頻（15kHz以上）成分則逐漸減弱。彈性拉應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致低頻成分增強(qiáng)，而高頻的成分逐漸降低。這一方法極大地提高了MBN信號(hào)中的信息量，結(jié)合基于 Gabor變換的信號(hào)重構(gòu)方法，則可以將具有相同信息的信號(hào)成分進(jìn)行重組，建立起多個(gè)信號(hào)成分和多種力學(xué)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。
　　為了從微觀角度對(duì)MBN信號(hào)的宏觀特征進(jìn)行解釋?zhuān)疚牟捎肐sing模型進(jìn)行建模，使用Monte Carlo方法對(duì)磁化過(guò)程進(jìn)行求解，模擬得到無(wú)量綱的MBN信號(hào)。數(shù)

6、值模擬結(jié)果表明，隨著應(yīng)力的增加，MBN信號(hào)逐漸增強(qiáng)。同時(shí)還研究了釘扎對(duì)MBN信號(hào)的影響，發(fā)現(xiàn)模型格子中有釘扎時(shí)MBN信號(hào)比無(wú)釘扎時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度弱。模擬的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，從而提供了從微觀角度研究MBN的數(shù)值方法。
　　最后闡述了基于MBN的零件力學(xué)性能檢測(cè)方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)定和預(yù)測(cè)模型的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)多種力學(xué)性能的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。應(yīng)用研究開(kāi)發(fā)的MBN檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)高強(qiáng)鋼板熱成形零件的硬度進(jìn)行快速無(wú)損檢測(cè)，結(jié)果顯示該系統(tǒng)完全滿足工業(yè)應(yīng)