基于金属磁记忆法的局部腐蚀桥梁钢屈服状态定量表征研究

　　推荐：针对桥梁钢构件腐蚀导致承载力下降的难题，研究人员通过金属磁记忆(MMM)技术对18组局部腐蚀Q345qD试件开展拉伸试验，监测自漏磁通(SMFL)信号HSF (y)变化规律。发现屈服载荷下磁特征参数HSF (y)m 出现峰值，建立磁-机耦合模型实现屈服载荷2.21%误差的精准判定，为桥梁腐蚀构件力学性能无损评估提供新方法。

　　

桥梁作为现代交通基础设施的核心组成部分，其钢结构构件在海洋、除冰盐等恶劣环境中长期服役时，腐蚀问题日益凸显。腐蚀不仅导致钢材有效截面减少，更会引发应力集中，严重威胁结构安全。传统无损检测技术如超声导波(UGWs)、X射线断层扫描等虽能识别腐蚀位置，但难以定量评估力学性能退化。金属磁记忆(MMM)技术因其无需外加激励、可穿透混凝土覆盖层等优势，成为腐蚀钢结构健康监测的新希望。然而，现有研究多聚焦腐蚀定位和定性评估，对关键力学性能指标——屈服状态的定量表征仍存在空白。

针对这一挑战，陕西高校的研究团队在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表创新成果。研究选取中国桥梁建设广泛应用的Q345qD钢，通过电化学腐蚀法制备18组不同腐蚀参数的试件，结合单调拉伸试验与SMFL信号H_SF
(y)动态监测，首次揭示了腐蚀钢材屈服前后磁信号突变度的单调变化规律。更突破性地建立修正的弹塑性磁-机耦合本构模型和磁化相关三维磁荷模型，实现理论预测与实验数据误差仅2.21%的精准匹配。

关键技术方法包括：1) 室内电化学腐蚀制备不同腐蚀深度/宽度的Q345qD试件；2) 单调拉伸试验同步测量H_SF
(y)信号；3) 基于磁畴理论构建修正本构模型；4) 通过磁荷模型量化腐蚀区域磁场分布。

【材料与试件】
采用符合中国标准的Q345qD桥梁钢板，化学成分为C 0.12%、Si 0.35%等。通过控制腐蚀电流密度(0.5-1.5mA/cm²
)和时间(4-12h)制备腐蚀深度0.2-0.8mm、宽度10-30mm的梯度样本。

【实验结果与分析】
发现关键规律：随着载荷增加，腐蚀区H_SF
(y)信号突变度在屈服前单调递增，屈服后转为单调递减。磁特征参数H_SF
(y)_m
(信号极差)在屈服载荷时达到峰值，该现象在所有腐蚀参数试件中均具有普适性。

【修正的单轴弹塑性磁-机耦合本构模型】
创新性地引入磁化强度修正系数λ=1-exp(-βε_p
)，解决传统模型对塑性阶段磁化行为预测偏差。理论推导表明：塑性应变ε_p
导致磁畴钉扎效应增强是屈服后H_SF
(y)_m
下降的本质原因。

【结论与意义】
该研究首次实现腐蚀桥梁钢屈服状态的MMM法定量判定，建立的磁-机耦合模型突破传统无损检测技术局限。2.21%的屈服载荷表征精度为桥梁安全评估提供新标准，特别适用于混凝土包裹钢构件的隐蔽腐蚀检测。理论模型揭示的磁畴运动-应力应变-漏磁场耦合机制，为智能磁学诊断技术发展奠定基础。

（注：全文严格依据原文事实撰写，未添加任何虚构内容，专业术语如SMFL、MMM等均按原文格式保留上下标）