钢铁等铁磁性金属材料广泛的应用于各行各业中,尤其是在石油化工、航天航空、铁路建筑等领域中。金属构件在长期服役过程中,由于受到疲劳载荷的作用,其金属材料会经历弹性形变、屈服、塑性形变这一过程,最终导致裂纹缺陷的产生,造成铁磁性金属构件失效。塑性形变作为裂纹缺陷产生的早期形式,对于构件的塑性形变区进行有效的检测,可避免大型突发性事故的发生。金属磁记忆检测技术作为21世纪最有应用前景的新型无损检测技术之一,可对金属构件的应力和形变集中区进行快速、有效的检测。目前,此技术已成功应用于管道、锅炉及铁轨应力检测等领域。但由于磁力学效应影响复杂,磁记忆信号极易受到金属构件本身的参数、外界环境等因素的干扰,因此在应力集中达到临界屈服点前后时的磁记忆信号特征尚不明确,进而无法准确评估及预测铁磁性金属构件的使用寿命。本文从固体能带理论出发,建立了铁磁晶体的磁力学耦合模型,从微观上研究了铁磁晶体在应力集中达到临界屈服点前后时的晶体结构与磁记忆信号特征,并系统分析了磁记忆现象机理。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了体系的晶格结构、原子磁矩、电子自旋态密度、差分电荷密度、能带结构等随应力的变化情况,并计算得到Fe晶体发生从bcc结构向hcp结构转变的临界应力值。理论研究结果表明:晶体结构稳定性受内部原子间的结合力影响,当应力不断增加时,原子间结合力减弱,晶体结构稳定性变弱;当应力集中达到一定程度时,Fe晶体将发生相变,发生相变的临界应力值约为10.5GPa,晶体结构发生改变,体系磁特性将发生突变。为验证理论研究结果,本文设计了钢管打压试验,利用高精度磁通门传感器对磁记忆信号进行采集,测量了在不同压力作用下、强磁磁化前后及不同提离值状态下的磁记忆信号的变化情况;并进行了系统的实验研究,定量分析了构件屈服前后的磁记忆信号变化特征。试验结果表明:磁记忆信号与应力具有一一对应关系;外界强磁场可以覆盖磁记忆信号,但不会破坏磁记忆信号;提离值在一定范围内不会影响检测结果;当应力集中程度达到材料的屈服强度时,磁记忆信号曲线出现拐点,曲线斜率发生改变。本文的理论研究结果与试验结果具有很好的一致性。