国际石油、天然气的运输方式主要是利用管道运输,管道运营的关键问题在于管道的安全维护。管道应力内检测技术是世界管道内检测领域的前沿课题,弱磁法在应力内检测技术研究中有巨大发展空间。管道在交变载荷长期作用下,即便管道的最大工作强度低于它自身的强度极限,甚至低于屈服极限,也常会在没有显著塑性变形的状态下爆发泄露、管道爆裂等恶性事故,当载荷持续加强时,会在管道局部发生塑性变形,这将会对管道的正常运转造成严峻的威胁。为了防止恶性事故的爆发,需要对管道进行预判性检测,以便进行合理维修。常规无损检测方法主要有超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测等,在管道缺陷检测、事故预防等方面发挥了重要作用。然而,这些方法在管道应力内检测范围的应用具有一定局限性,例如,超声检测方法易受到环境影响,检测时需要介质;X射线照相法对管壁较厚的管道检测度低,评定时间较长,检测效率不高,设备不能动态在线地检测管道。近年来常用管道弱磁应力内检测技术,该方法具有检测速度快、设备轻巧、操作简单、可靠性好且无需专门的磁化设备,可以进行非接触在线检测等特点,在管道应力内检测范围具有广阔的发展前景。但现有的理论模型均是针对单向应力状态的磁力学分析,无法满足在役油气管道应力内检测信号识别的要求,需要进行有效系统的研究。此外,管道在载荷作用下的弹性阶段和塑性阶段表现出的弱磁信号各不相同,现有研究缺乏对磁力学关系的全面分析,因此,建立一套完好的磁力学关系体系,对弱磁检测技术的理论及工程实践的应用具有关键意义。本课题基于J-A理论建立了复杂应力状态下的管道磁力学数值模型,计算并分析应力集中区弱磁信号随应力的变化规律以及非磁饱和条件下外界磁场对磁力学关系的影响。此外,建立弹塑性应变磁化模型,分析了应变磁化模型的影响因素,分别计算并描述了弹性阶段和塑性阶段的力磁特性,并对大口径油气管道进行了系统的实验研究。研究结果表明:管道应力集中区弱磁信号与应力和应变分别具有很好的对应关系。本课题建立的复杂应力状态磁力学模型的计算结果与实验结果的误差率为0.5%,更适合于管道应力内检测的数据分析。在非磁饱和状态下,随着外界磁场强度的增大,应力集中区的弱磁信号强度增大,弱磁信号的力磁变化率逐渐增大。弹性阶段管道应力集中区的弱磁信号出现一次翻转,应变程度达到1%时,管体发生塑性变形,弱磁信号再次出现拐点,弱磁信号随应变的增加最终趋于稳定。