金属材料因其具有优良的力学性能,被大量用于制造机械、石油、化工、矿山、航天等重要装备中的关键受载零部件。因此,这些材料的应力状态实时检测及评定对保障关键零部件乃至整个装备的结构安全具有重要意义。磁测应力法简易方便,受到了越来越多的重视,也成了近年来的研究热点。磁测应力法的物理基础是力磁效应,即应力可导致磁场的变化。影响力磁效应的因素较多,其物理机理复杂,尚没有出现能够对其机理进行确定解释的统一理论。目前比较常用的几种解释力磁效应的理论有:（1）基于微观分析的磁畴理论;（2）基于唯象理论的磁机械效应的应力等效场理论等。弱交流激励下的应力磁检测方法,检测装置简单便携,检测过程简便易行、能耗低,检测信号信息量丰富,可供提取较多的检测特征参数,提升了检测精度和可靠性。但关于弱交流激励下的力磁效应机理及特性研究,尚缺乏足量的实验支撑数据,亦缺乏普遍认可的理论模型来解释弱交流激励下力磁效应现象及特性。因此,针对力磁效应机理说法不一,结果不够成熟,本文梳理了目前的力磁效应理论,将地磁场下的力磁效应理论（磁记忆理论）演变为弱交流激励下的力磁效应理论,建立了相应的理论模型,并进行了相关的实验研究。同时,本文研究了弱交流激励下铁磁材料的应力致磁各向异性理论,探究了非铁磁性材料铝和有机玻璃的应力致磁规律,并针对基于力磁效应应力检测的影响因素进行了分析。本文的主要研究工作及创新性内容可概述为以下几个方面:（1）对应力/外磁场与力磁效应的关联关系进行了研究。为了研究应力、外磁场对铁磁材料磁化强度及磁输出的影响,本文在J-A理论模型的基础上,分别推演了恒定外磁场条件下磁化强度与应力之间的微分关系模型,和恒定应力条件下磁化强度与外磁场之间的微分关系模型,并对以上模型进行了数值仿真和实验验证。仿真结果表明,在恒定外磁场下,磁化强度随着应力的增大先增大后减小;在恒定应力下,磁化强度随着外磁场的增大而增大。为了验证以上两模型的正确性,本文设计了对应的实验进行试验验证。研究结果表明实验结果与理论计算趋势基本一致,本研究内容及结果可以为研究磁测应力法的物理机理提供理论参考及引导力磁效应新思考。（2）对铁磁材料的应力致磁规律及定量检测特性进行了研究。建立了单向拉伸应力下应力致磁各向异性理论模型,并通过实验数据对该模型进行了修正。修正后的模型能很好的描述单向拉伸应力下铁磁材料的应力致磁各向异性特性,并且模型计算结果与实验结果相符合。在以上理论研究的基础上,实验研究和分析了铁磁钢材的应力致磁各向异性定量检测特性,研究发现应力致磁各向异性磁特征参数随应力的增大而近似于线性增大,可以通过提取对应的磁特征参数的方法定量评估试件所受的应力。（3）由于对力磁效应的研究主要集中在铁磁材料上,为了研究非铁磁性材料对磁输出的影响以及其定量检测方法,针对非铁磁性材料铝合金和有机玻璃进行了研究。研究了铝合金和有机玻璃在不同应力下的磁滞损耗,并比较了其与应力的关联关系。研究结果表明:（1）铝合金的磁滞损耗随应力的增大而近似于线性增大,有机玻璃的磁滞损耗随应力的增大而近似于线性减小,可以通过提取磁滞损耗的办法定量评定铝合金和有机玻璃所受的应力状态;（2）铝合金和有机玻璃都具有磁各向异性和应力致磁各向异性特性,并且铝合金的磁各向异性特性具有较好规律性。以上结果除了受到力磁效应影响外,亦不排除与材料成分及制造工艺相关。（4）为了探究弱交流激励下力-磁效应的物理作用机理及影响因素,研究了应力致磁导率变化规律和应力致电导率变化规律,并与前文的力磁效应特性进行了对比。研究结果表明,磁导率随着应力的增大而增大,并且具有磁各向异性特性,这些特性与前文的磁信号随着应力的增大而增大,和磁各向异性与应力致磁各向异性特性有一定的相似性。而应力致电导率变化规律为电导率随着应力的增大先快速增大后基本保持不变,这与前文力磁效应特性相差较大。由此可见,应力致磁导率变化规律与力磁效应特性更加符合,是造成力磁效应特性宏观表现的主要原因。同时探究了励磁间隙、励磁电流,以及励磁频率等对材料应力磁定量检测特性的影响。综上所述,本文探究了力磁效应的定量关联特性及其物理机理,取得的主要成果包括:建立了恒定应力和恒定外磁场下的力磁效应模型,进行了数值仿真及实验研究,并且理论分析和实验结果相符合;根据J-A理论模型和实验数据建立了铁磁钢材单向拉伸应力下的应力致磁各向异性修正模型,并在此理论研究的基础上实验探究了应力致磁各向异性检测特性,得到了应力与应力致磁各向异性特征参数之间的定量关系;明确了非铁磁性材料铝合金和有机玻璃应力对磁输出的影响规律及其检测特性;探究了力磁效应检测的物理作用机理,研究结果指出应力致磁导率变化是力磁效应宏观特性表现的主要原因;探究了影响力磁效应检测结果的影响因素,并得出以下研究结论:磁输出信号随着励磁间隙的增大而减小,随着励磁电流、励磁频率的增大而增大。