钢材磁通量与应力关系的磁力学模型及试验研究

熊二刚，王社良，赵均海，高志华，李波

(1.长安大学 建筑工程学院，陕西 西安710061;2.长安大学 旧桥检测与加固技术交通行业重点实验室，陕西 西安 710064; 3.西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 710055)

由于铁磁材料具有逆磁致伸缩效应，所以应力一直被认为是影响铁磁材料磁特性的重要因素.当铁磁材料受拉、压应力作用时，其磁参数将发生变化，如磁导率、矫顽力、初始磁化率、可逆磁化率，有助于磁化的磁弹性作用以及残余磁化强度.因此，使用这些效应来对满足不同需求所设计的铁磁钢结构进行无损应力检测是非常有意义的.

尽管国内外专家学者已将基于磁特性(如磁导率、矫顽场等)的磁性无损检测技术应用于航空航天、机械和石油等行业，并且成功地检测到了应力集中区、应变集中区和缺陷等［1－3］.但是在土木工程领域［4－6］，通过全磁通来检测钢结构构件(钢材属于铁磁材料)的实时应力，并对其磁与力之间相关关系的研究却少见报道.针对大跨钢结构，因其构件都属于铁磁材料，并且其大多数构件都只是受单轴拉、压应力作用，通过对构件的实时应力监测，就可以了解整个结构的安全状况.本文根据磁化的应力敏感这一特性，提出了钢材一种基于能量的磁通量变化与应力关系的磁力学模型.

1 铁磁材料基于能量的磁力学模型

在外磁场作用下，铁磁材料内磁畴的磁矢会向使系统能量为最小的几个方向偏转，因而各磁畴的磁矢取向……