非线性超声检测镁合金早期疲劳的试验研究

为利用基于二次谐波的非线性超声方法检测镁合金材料的早期疲劳损伤,建立超声非线性系数β的测试试验系统,设计制作预设应力集中区的厚板镁合金疲劳试件,并通过有限元法仿真应力集中区的有效性.对三个不同疲劳加载模式的镁合金试件进行非线性超声检测试验研究.结果表明,在疲劳寿命的早期,三个试件的超声非线性系数均随疲劳周数明显增加.同时,测量其中一个试件在非应力集中区的超声非线性系数,与应力集中区相比,超声非线性系数变化幅度只有应力集中区的27％,进一步表明超声非线性系数的变化来源于镁合金材料疲劳引起的微缺陷变化,也证实试验的可靠性.另外,波速和弹性常数的试验结果表明,这两个线性参数对于镁合金材料的早期疲劳损伤不如超声非线性系数敏感.     

汽轮机叶片钢拉伸塑性损伤非线性超声检测

针对汽轮机叶片早期塑性损伤检测困难的问题,提出非线性超声纵波检测法。通过建立汽轮机叶片钢试件非线性纵波检测有限元模型,得出了相对超声非线性系数随微缺陷长度增加呈二次函数增大,随微缺陷数目增多呈线性增加的关系。同时,建立了非线性超声纵波检测系统,对拉伸到不同塑性变形程度的汽轮机叶片钢试件进行检测,检测结果表明,在汽轮机叶片钢抗拉强度以前,归一化超声非线性系数随拉伸强度的增加而增大。因此,利用非线性超声纵波对汽轮机叶片早期塑性损伤进行检测是完全可行的。     

铝合金初期塑性变形与疲劳损伤的非线性超声无损评价方法

利用传统超声检测方法或其他无损检测方法难以实现金属初期塑性变形和疲劳损伤的检测.为了解决这一问题,利用基于二次谐波的非线性超声检测方法,研究2024-T4铝合金的初期塑性变形与疲劳损伤缺陷的测试过程;建立非线性高能穿透法超声检测系统,发现超声非线性系数与铝合金残余塑性变形和疲劳损伤程度具有单调相关关系;通过改进试验方法,利用压电晶片的滤波效应,成功减小试样前端非线性的试验来源,提高了检测的鲁棒性.试验结果表明通过利用晶片的滤波效应,选择合适的激励频率能够减小前端仪器的非线性对试验结果的干扰,使基于二次谐波幅值的超声非线性系数能够作为表征铝合金初期塑性变形和疲劳损伤程度的特征参量应用于实际的检测过程.     

TP347HFG钢高温老化非线性超声检测技术

高温老化过程和早期损伤快速检测研究对TP347HFG这种脆性大,稳定扩展期短的奥氏体耐热钢非常重要。非线性超声技术对微纳米尺度缺陷敏感,在早期损伤检测方面具有极大的应用潜力。利用非线性超声技术得到材料热损伤程度与超声非线性系数之间的关系曲线,并根据材料的显微组织演变特征进行分析。结果显示,TP347HFG钢的超声非线性系数随时效时间的增加,首先在500 h时出现极大值点,然后单调增加,这种趋势与材料共格应变状态的形成和失去有关。试验结果为高温工况下TP347HFG钢非线性超声检测提供了理论依据。     

电磁超声非线性效应表征的 Lyapunov 指数分析方法

针对金属疲劳损伤非线性效应非接触式检测需求及其低信噪比问题,提出电磁超声方案对非线性效应进行信号拾取, 并采用 Duffing 混沌系统实现对金属疲劳程度定量评估,进而依据相轨图和 Lyapunov 指数表征材料疲劳演变非线性特性。 采用 有限元方法分析铝合金疲劳损伤演变过程,基于材料 Murnaghan 模型和微裂纹等效弹簧模型,研究疲劳损伤演变过程中相对非 线性系数变化规律;进而探究 Duffing 混沌系统对于非线性效应特征提取的抗噪能力,当信噪比在 20 dB 时,相对非线性系数误 差为 132. 12% ,而 Lyapunov 指数误差为 8. 82% ,因而 Lyapunov 指数较非线性系数而言有显著的抗噪能力;此外,基于对铝合金 疲劳检测进行实验研究,验证了电磁超声非线性效应 Lyapunov 指数表征分析方法的可行性及准确性。 研究结果表明,Lyapunov 指数能够有效应对电磁超声非线性检测过程中低信噪比问题,从而提升非线性特征拾取的灵敏度和可重复性,进一步增强电磁 超声等非接触式超声检测方法在疲劳在线检测演变的工程应用的贡献。     

选区激光熔化316L不锈钢疲劳损伤非线性超声检测研究

疲劳损伤是影响选区激光熔化316L不锈钢服役安全的重要问题,基于经典的非线性超声理论,研究了疲劳加载条件下选区激光熔化316L不锈钢超声检测非线性系数随疲劳周期的变化规律。试验结果表明,当选区激光熔化316L不锈钢产生疲劳损伤后,超声波检测信号中二次谐波幅值明显增大,且超声非线性系数随着疲劳周期的增加呈逐渐增长趋势。因此,采用非线性超声检测方法对选区激光熔化316L不锈钢疲劳损伤进行检测是可行的。     

7075铝合金疲劳损伤的多点快速非线性超声检测

非线性超声技术是一种对疲劳损伤非常敏感的无损检测方法。设计搭建多点快速检测系统,以不同程度疲劳损伤的铝合金为例研究疲劳过程中的超声非线性效应,对多个试件的不同位置进行了检测,提取试件不同疲劳加载循环次数下的超声波基波与二次谐波幅值,据此计算出超声波非线性系数,同时将结果与金相分析结果进行对比,研究组织变化与非线性系数之间的关系。结果表明,试件在疲劳过程中,非线性系数呈先升高后降低的规律性变化,在疲劳加载循环到4.5万次时达到峰值,对应了裂纹萌生阶段。但宏观裂纹出现后非线性系数呈降低趋势;同时多点扫查结果表明,单一试件疲劳损伤区域的非线性系数与未损伤区相比差别较大,说明了非线性系数对疲劳损伤的变化非常敏感,因此采用本方法可快速实现疲劳区域的初步定位检测。     

材料早期损伤的非线性超声诊断

对于材料微结构特征的检测,特别是材料早期损伤,非线性超声具有独特的优势。立足于非线性超声的发展历程,阐述了非线性超声的基本理论和数学模型,深入分析了非线性超声参量的影响因素,包括位错单极子模型、位错偶极子模型、析出物和微裂纹;阐述了非线性超声的实验方法,重点介绍了非线性超声纵波和表面波的检测方法;论述了非线性超声在闭合裂纹、疲劳及位错早期损伤、材料热老化、蠕变及材料辐射损伤等领域中的应用;最后总结了非线性超声检测技术在材料早期损伤应用中面临的机遇和挑战。     

铁磁性材料早期疲劳损伤磁混频检测方法

在金属材料常见的早期力学性能退化损伤中,疲劳对结构的潜在危害性最大。基于铁磁性材料的磁滞非线性特性,在高低频叠加励磁条件下,研究铁磁材料中磁混频效应的产生机理及表现形式。分析混频分量和局部磁滞回线与材料早期损伤的关系,提出磁混频非线性因子与局部磁滞损耗幂律系数两种特征参量用于铁磁性材料磁混频效应的表征。在此基础上,将磁混频检测技术用于铁磁性材料疲劳损伤检测。结果表明,提出的两种磁混频特征参量可用于铁磁性材料早期疲劳损伤的表征。为铁磁性材料早期疲劳损伤检测提供了可行的技术方案。     

含冲击凹坑缺陷的ZM6材料疲劳试验与寿命预估方法研究

制备了ZM6镁合金材料的光滑试样、缺口试样以及含冲击凹坑缺陷的试验件,并对这些试验件进行了疲劳试验测试,获得了含冲击缺陷时不同应力水平下试验件的疲劳寿命.基于连续损伤力学理论,在高周疲劳损伤演化模型的基础上,提出了一种新的多轴疲劳的损伤演化模型,用于描述凹坑局部材料的疲劳损伤.采用Abaqus软件对凹坑缺陷的形成过程进行模拟,得到了凹坑缺陷的几何形状和局部的残余应力应变场.通过Abaqus子程序Usdfld将材料本构和损伤演化进行耦合,从而实现含凹坑缺陷结构件疲劳寿命的计算.结果 显示,预测的中值寿命结果与试验中值寿命结果一致,误差在两倍误差带内,符合工程使用的要求.     

An experimental study on second harmonic generation of guided wave in fatigued spring rod

Conventional ultrasonic inspection techniques especially ultrasonic guided wave and wave testing methods show excellent capability for evaluating the material integrity of the structures. The dominate characteristics of nonlinear guided wave testing are long-range testing and higher sensitivity through various modes selection, which are favorable for diagnosing micro-defects or micro-structural changes at early stage. In this study, nonlinear studies on the valve spring coil using nonlinear induced ultrasound conducted. The nonlinear guided ultrasonic test performed on four specimens subjected to the Nakamura fatigue test. Experimental results show that nonlinear parameters increase with increasing distance. In addition, the nonlinear parameters increased with increasing fatigue degree. This study suggests a method to diagnose early damage of machine structure in an appropriate way and it expected to prevent accidents of structures.

     

基于等效结构应力法的镁合金接头疲劳寿命预测

针对镁合金焊接结构疲劳强度评估方法不全面的问题,在等效结构应力法的研究基础上,提出了镁合金焊接接头疲劳寿命预测方法。基于 200 余个包含不同特征的镁合金接头疲劳试验数据,采用有限元数值模拟,计算试件接头焊趾处的等效结构应力。结合 ASME 标准中对曲线拟合的规范,进行镁合金接头寿命曲线拟合,得出了预测疲劳寿命的常系数 C d 和 h 。将拟合结果与铝材的疲劳寿命曲线进行对比,结果表明,镁合金接头在 1×10^7?次循环下的疲劳强度约为 31.6 MPa ,同等条件下约为铝材疲劳强度的 82% 。该镁合金接头疲劳寿命预测方法可用于评估镁合金结构疲劳强度是否满足轨道车辆车体结构使用需求。     

超声振动珩磨工艺参数优化的试验研究

利用自行研制的功率超声振动珩磨实验装置,对超声珩磨和普通珩磨的磨削效率进行了对比实验研究,并采用超声振动珩磨技术,对AZ91D镁合金材料进行了加工实验,以确定最佳油石参数及工艺参数。实验结果表明,超声珩磨在材料去除率和加工表面质量上均优于普通珩磨。实验获得的优化工艺参数可以满足对镁合金的实际加工需要。     

利用非线性Rayleigh波检测镁合金厚板疲劳损伤的仿真和试验研究

为在波结构上扩展非线性超声无损检测技术的工程应用范围,提出一种将压电传感器直接安装在试件的边缘激发和接收Rayleigh波的方式,通过有限元数值仿真验证了此方法是有效的.利用此试验系统和方法验证非线性Rayleigh波的累积效应,非线性系数随Rayleigh波传播距离的增加近似线性增长,表明Rayleigh波的非线性特...     

镁合金低周疲劳寿命预测模型探讨

通过铸造镁合金AZ91D和变形镁合金AZ31B室温环境下应力控制的低周疲劳试验,采用Basquin模型、SWT模型、应变能-寿命模型等模型进行了镁合金低周疲劳的寿命预测。在此基础上,基于连续介质损伤力学的不可逆热力学理论,将镁合金的低周疲劳损伤视为一个不可逆的耗散过程,用熵来反映系统的耗散过程,并以每一次循环的平均应变增量来反映平均应力对材料的影响,提出了一种新的镁合金低周疲劳寿命预测模型。用该模型进行了镁合金的低周疲劳寿命预测,预测结果与实测结果符合较好,同时相比上述其他模型,该模型具有较好的预测效果。     

Aero-engine blade fatigue analysis based on nonlinear continuum damage model using neural networks

Fatigue life and reliability of aero-engine blade are always of important significance to flight safety.The establishment of damage model is one of the key factors in blade fatigue research.Conventiona...     

超声疲劳试验方法在铸铝疲劳试验中的应用

应用20kHz频率下的超声疲劳设备完成亿周次疲劳试验，获得铸铝AS5U3G-Y35超高周疲劳特性。通过20kHz频率下的超声疲劳试验和35Hz频率下的常规试验，完成10^4～10^10周的S-N曲线。试验结果表明，在10^7周以上试件仍会发生疲劳断裂。在10^7～10^10周之间，当应力比R=-1时，疲劳强度随循环数的增加而下降；当应力比r=0．1时，在循环数超过10^8周时，疲劳强度不再下降，S-N曲线出现平台。比较20kHz和35Hz两种频率下的试验结果，在10^4～10^7周之间没有明显差别，即铸铝AS5U3G-Y35在超声疲劳试验中不存在频率效应。扫描电镜观察试件疲劳断裂面发现材料中分布许多小的缩孔，而且大多数试件的疲劳破坏都发生在试件表面或接近表面的缩孔处。     

铝合金结构腐蚀损伤性能评价指标

以试验为基础，结合有限元方法对遭受腐蚀损伤的铝合金结构性能进行了研究。将铝合金试验件在不同的腐蚀条件下进行预腐蚀，对预腐蚀后的试件进行疲劳加载试验。利用光学显微镜和扫描电镜对腐蚀损伤形貌进行观测和分析，对描述铝合金腐蚀损伤性能的两个关键参数：腐蚀损伤度、腐蚀损伤平均深度进行了实验观测和有限元分析。结果表明这两个参数可以作为铝合金结构腐蚀损伤性能的评价指标。