由铁磁性材料制作的大型构件被广泛应用于大型基础设施和仪器设备中,铁磁构件的安全状态关乎人们的生命财产安全。利用磁性法对铁磁构件的应力状态进行监测具有便捷、准确、无损等优点,也是工程应用研究的热点之一。本文从铁磁性理论出发,从微观和宏观两个方面系统地探讨了力磁耦合机制,研究了力磁耦合模型,建立了力-磁-电的关系,并在此基础上系统地开展了磁特性与应力相关的理论研究、试验探索及工程实践。本文所做的主要工作与创新点如下:(1)从微观和宏观两个方面系统地研究力磁耦合机理,利用磁畴理论讨论了应力、外磁场作用下磁畴的运动规律和磁能分布;基于Jiles-Atherton模型讨论了力磁耦合机理,研究了应力致磁各向异性的变化规律,建立了磁导率与电压的耦合模型、应力与电压的耦合模型,证明了样品上的主应力差与九脚探头输出电压的正比关系。以此为基础,搭建了应力与磁特性测试系统,测试了应力对磁特性的影响。(2)利用有限元法优化了九脚探头的参数,得到了探头的输出电压随着探头长度增加而缓慢增加,铁损随着探头长度增加而线性增加的关系;获得了线圈的线径同阻抗及电感的反比关系,线圈的电压与频率及匝数的正比关系,线圈的感抗同频率及匝数的反比关系。提出了铁磁材料均匀磁化的创新方法,实现了对样品的快速、均匀磁化,增强了磁化效果。探讨了利用磁性法测量铁磁材料中残余奥氏体含量的原理和试验方法,得到了奥氏体含量同磁导率之间的定量关系。(3)通过样品的拉伸试验,分别得到了励磁电压与磁导率之间反比关系、与检测电压之间的正比关系;获得了应力与检测电压、磁导率、励磁电压之间的关系,验证了磁导率随应力增加而递减关系。(4)利用带孔平板拉伸及悬臂梁的弯曲试验,验证了磁性测量法的正确性。通过铁磁构件的载荷应力测量试验,对照有限元法、应变片法、磁性法的结果,验证了磁性法的准确性和可靠性,并首次提出利用磁性法区分铁磁构件上由自重和外载荷产生的应力。探讨了利用磁性法测试了高压容器焊缝和不同热处理工艺制作的汽车法兰上的残余应力的方法,得到了焊缝和法兰上的残余应力分布。本文的研究成果在实验室和不同领域的工程对比测试中得到了成功的应用,证明了磁性法的可靠性和正确性。该论文有图86幅,表39个,参考文献239篇。