铁磁性材料及构件广泛应用于交通运输、石油管道、桥梁建设等工业领域,构件在高温、高压、高载状态下长期使用容易产生材料性能退化及缺陷等造成安全隐患。无损评估是保障构件安全使用、设备可靠运行的有效手段之一,越来越受到各个工业领域的重视,并带来显著的社会和经济效益。裂纹的产生是材料失效的根本因素之一,被誉为“工业癌症”。裂纹是由于材料在长期循环载荷下萌生微裂纹并不断累积和发展过程引起的。残余应力和应力集中是裂纹产生的先兆。对构件的应力评估可以预判裂纹的产生,并可以作为应力集中程度的判断依据。新兴的磁光成像技术,特别是磁畴动态特性可视化技术,在评估应力状态,研发新的磁传感器和磁无损检测手段具有重大的意义。目前,磁畴可视化和磁畴应力表征存在三大挑战:首先,传统磁畴观测技术需要对样品进行抛光,无法实现磁畴的实时观测;其次,磁畴动态行为研究还处于定性描述阶段,磁畴动态特性和材料应力状态之间的定量关系尚不明确;最后,磁畴可视化成像的时间分辨率不足,难以获取交流激励下磁畴状态。针对以上挑战,本论文的主要研究内容和创新点如下:1)为解决试件磁畴实时可视化的难题,本文首先融合了磁光克尔成像和磁光薄膜成像技术,基于该技术实现了涂层电工钢磁畴的实时可视化。基于实时成像技术研究电工钢在不同拉应力状态下的磁畴动态行为。从磁畴运动规律出发,提出了基于180°畴壁翻转阈值磁场特征参数,建立了该特征参数与应力之间的定量关系。结果表明,该特征参数与应力之间具有高度的相关性,相关系数大于0.95。所提出的特征参数在0-61.9MPa应力范围内增加了89.3%,增加斜率为3.57A m^-1 MPa^-1。与宏观磁特性参数相比,所特征参数具有更高灵敏度,能够检测微小应力的变化。同时,对比不同晶粒磁畴动态行为特征和180°畴壁翻转阈值磁场的差异,讨论了晶粒特性对应力评估的影响。2)在磁畴可视化的基础上,针对磁畴在已有的研究中主要以定性描述为主,而要实现应力状态的评估,需要建立畴壁运动特性和应力之间的定量关系。本文从畴壁运动量化出发,获取了磁畴运动序列图像,提取了畴壁运动速度特征参数。从畴壁运动速度分布中,提取了速度峰值和峰值位置两个特征参数,建立了应力与两个特征参数之间的定量关系。对比不同晶粒中畴壁速度分布的差异,讨论了峰值和峰值位置对应力表征的鲁棒性。从宏观角度出发,获取了被测试件表面的正切磁场随磁畴移动的演变规律,表明附加磁畴的形成、变化和消失与表面漏磁场变化密切相关。漏磁场的变化反过来又影响了畴壁的运动速度。从而得到了畴壁运动速度、附加磁畴演变和漏磁场三者之间的内在关联,揭示了应力导致的退磁效应是影响畴壁运动速度变化的微观物理机理。最后,构建了磁畴运动速度积分模型,重构了局部磁滞回线,并与宏观B-H曲线的相关性进行分析,揭示了畴壁速度和宏观磁化曲线之间的内在映射关系。3)针对磁畴可视化时间分辨率不足的难题,论文融合激光技术在高功率、单色性、高时间分辨率等优势实现了交流磁化下内翻转过程的可视化。基于时间分辨磁光成像,研究了磁畴结构对巴克豪森和力-磁耦合行为的影响。选取具有不同倾角磁畴的晶粒,研究了晶粒特性对宏观磁响应信号和微观磁畴动态特性的影响,建立了巴克豪森、力磁耦合行为和磁畴倾角之间的关系。结果表明,巴克豪森噪声信号与应力之间的关系随畴壁倾角变化出现完全不同的变化趋势。从表面正切磁场和附加磁畴随磁畴倾角的演变分析中,证明了退磁能和磁弹性能的变化是导致巴克豪森和力磁耦合行为在不同晶粒中随应力出现不同变化趋势的根本原因。4)最后,研究了不同方向的应力对畴壁动态特性和巴克豪森噪声信号的影响。在铁磁构件实际服役过程中,应力可能来自不同方向,应力和磁畴之间角度可能从0°到90°变化。面对多方向应力存在可能性,选取当应力垂直于或平行于磁畴方向时,研究磁畴动态行为、巴克豪森和应力之间的关系。基于时间分辨的磁光克尔显微镜,研究交流激励下磁畴在不同加载应力下的演变过程。表明应力垂直于[001]时,90°畴壁的形成和移动为巴克豪森峰值产生的主要物理机理。通过定量磁光克尔显微镜研究了磁畴重组和磁矩转动过程。表明磁畴由0MPa的“板型”磁畴模式转变为40MPa的I型应力磁畴模式。随应力继续增加,磁畴转变为II型应力磁畴模式。从物理角度,讨论了应力导致的磁晶各向异性能对畴壁动态行为演变、巴克豪森和应力评估的影响。本文从磁畴微观角度出发,很好将磁畴动态行为特征应用到了应力评估中。研究了宏观磁滞回线、表面漏磁场、巴克豪森应力评估技术的微观物理机理,建立了微观磁畴动态行为和宏观磁特性参数之间的关系。对材料微观磁畴动态行为及特征的分析为在役大型服役设备及铁磁构件的关键部位应力状态无损评估检测奠定了理论基础,为研发新的磁传感器和磁无损应力检测技术提供了技术手段。