铁磁材料在生产、焊接和装配过程中，不可避免会产生大量的内部缺陷(如孔洞、裂纹等)，在长期的使用过程中这些区域往往会发生应力集中的情况，进而导致材料和结构力学性能的退化，甚至引发突发性的安全事故，从而对国民安全和生产发展造成重大的影响。金属磁记忆方法是一种无需激励源的被动无损检测方法，可以实现对弹性应力、残余应力和应力集中等多种应力状态以及刚度退化、孔洞和裂纹等多种损伤形式的检测，且检测方式快捷简单。由于缺乏较为直观且简单有效的力磁本构模型，该方法的定量化研究尚未完备。本文针对金属磁记忆方法的内在机理展开了研究，提出了一种基于微观统计方法的力磁耦合模型，该模型较为直观，具有明确的物理意义，适用范围较广，且计算时所需材料参数少，便于使用。基于该模型，通过实验测量和数值模拟得到了均匀应力状态以及存在孔洞和裂纹缺陷时应力集中状态对应的漏磁信号特征，并验证了该力磁耦合模型的有效性。最后基于实验结果建立目标函数，结合有限元计算和遗传算法对表面裂纹和埋深裂纹进行了反演重构。主要内容和结论包括：
　　(1)利用线性磁弹能改进了玻尔兹曼分布，并推导出了描述铁磁立方晶体材料理想磁化和磁致伸缩的微观统计模型，进一步讨论了不同应力、材料参数等对理想磁化和磁致伸缩系数的影响。该模型可以很好地描述外磁场和应力场下理想磁化和磁致伸缩之间非线性行为，且具有明确的物理意义。基于微观统计手段简化了线性磁弹能推导过程中磁化与形变相互作用系数的求解过程，并以指数函数为基函数，在磁晶各向异性能的形式下将磁弹能对应变进行泰勒展开，基于上述简化过程求解得到了磁化与形变相互作用系数，获得了磁弹能的非线性表达式；最后将非线性磁弹能结合到理想磁化微观统计模型中，并利用改进的磁滞模型，建立了可以描述外磁场及应力场下非完美铁磁晶体材料的力磁耦合本构模型。该模型可以很好地描述弱外磁场和应力场下的磁滞磁化行为。
　　(2)对无缺陷和含孔缺陷宽板试件的双轴三维漏磁信号开展了实验研究，并利用本文提出的力磁本构模型，结合有限元方法对其进行了数值研究。计算结果与实验结果吻合，验证了本文模型描述均匀应力和集中应力下漏磁场时的有效性。研究给出了均匀应力状态下双轴三维漏磁信号特征：沿试件表面且平行于载荷方向的切向漏磁信号(Hx)沿平行和垂直于载荷方向的迹线上均为平直线，其绝对值会随载荷增加而增大；法向漏磁信号(Hz)沿平行于载荷方向的迹线呈斜直线变化，斜率随着载荷增加而增大。Hz沿平行于载荷方向迹线上的梯度值，Hx沿平行和垂直于载荷方向迹线上的变化幅值这三个特征参数可以评估均匀应力的大小。应力集中状态下双轴三维漏磁信号特征，其他漏磁信号均不受应力影响：Hx沿平行和垂直于载荷方向的迹线上呈现单峰变化特征，其竖向的峰高随着载荷的增加而增大；Hz沿平行于载荷方向的迹线上呈峰-峰值变化特征，随着载荷增加峰-峰竖向的峰差逐渐增大，沿垂直于载荷方向的迹线上，在孔的两侧呈现方向相反的单峰特征，载荷增加单峰竖向的峰高也会增加。Hz沿平行于载荷方向迹线上峰-峰竖向的峰差，Hx沿平行和垂直于载荷方向迹线上和Hz位于缺陷两侧边缘且沿垂直于载荷方向迹线上单峰竖向的峰高，这五个特征参数可以评估应力集中的程度和范围，其中Hz平行于载荷方向迹线上峰-峰的竖向的峰差是评估应力集中程度的最佳参数。
　　(3)进一步讨论分析了有效应力与漏磁信号间的关系。验证了平行于载荷方向上有效应力综合评价参数的有效性，并提出了新的垂直于载荷方向上有效应力的综合评价参数。两者分别可以较好地表征平行于载荷和垂直于载荷方向上的应力分布，可以分别作为平行和垂直于载荷方向上应力与漏磁信号间的关系准则。
　　(4)对含有不同裂纹缺陷尺寸的试件进行了实验测量和数值计算研究，验证了本文的力磁模型描述拉压应力同时存在下漏磁场的有效性，得到了表面裂纹和埋深裂纹的漏磁信号特征。结果表明，虽然埋深裂纹的信号幅值小于开裂面，但是两种情况下的漏磁信号Hx均呈单峰变化特征，Hz均呈峰-峰变化特征。共有四个漏磁信号特征参数可以定量化评估裂纹大小和位置，分别是Hx单峰竖向的峰高和横向的峰宽、Hz峰-峰竖向的峰差和横向的峰距。其中Hz峰-峰竖向的峰差对载荷、裂纹宽度、深度和埋深深度的变化更为敏感。
　　(5)将实验测量的漏磁信号作为目标函数，基于本文提出的力磁耦合模型，利用有限元方法和遗传算法，对表面裂纹以及埋深裂纹进行了反演重构。结果表明基于漏磁信号可以较好地反演出表面裂纹和埋深裂纹两种损伤形式，其中对于表面裂纹基于开裂面漏磁信号Hz的反演结果更加准确；对于埋深裂纹基于埋深面漏磁信号Hx的反演结果更加准确。相关研究为后期反演多损伤复杂情况奠定了基础。