铝合金结构疲劳裂纹监测研究

针对航空器金属结构裂纹扩展监测的特点和需要,文中提出了一种基于柔性平面的非对称涡流阵列传感器,构建了其半解析正向模型,优化了传感器工作频率、提离距离等参数。然后搭建了基于涡流阵列传感器的结构裂纹在线监测系统,开展了2A-12铝合金裂纹扩展监测实验。模型仿真结果表明:非对称涡流阵列传感器存在最优工作频率,随着提离距离的增加最优工作频率值减小。实验结果表明非对称涡流阵列传感器实现了对2A-12铝合金半孔板试样的实时裂纹监测,监测精度达到了1 mm。     

脉冲涡流技术在应力检测中的应用

残余应力是造成零件疲劳、断裂的重要因素和表征构件早期质量的重要参量,有效评价应力变形状态对于关键部件早期失效预测十分必要。本文在压阻效应原理的基础上,推导了拉伸应力与金属材料电导率的关系。通过有限元仿真,得出脉冲涡流差分信号峰值与电导率变化成线性关系。在此基础上,对铝合金AL5083进行了拉伸应力试验,提取脉冲涡流差分信号峰值进行了分析。理论与实验结果表明,在弹性区,脉冲涡流差分信号峰值与导电材料电导率的变化、拉伸应力成线性关系,脉冲涡流差分信号峰值特征可以用于评估导电材料的电导率分布以及应力所处的状态。本文的研究结论可为进一步对金属材料中残余应力与电导率变化规律的研究提供重要帮助。     

定量监测裂纹涡流传感器阻抗特性研究

为了提高环状涡流柔性传感器的裂纹监测灵敏度,首先分析了提离距离和材料电导率对传感器阻抗的影响,然后搭建实验系统证明了传感器模型的正确性;进而建立了提离距离和材料电导率双参数跨阻抗网格图,并对系统监测2A12-T4铝合金材料的工作频率进行了优化。结果表明:在双参数跨阻抗特性网格图中,网格面积越大,该网格对应参数条件下监测灵敏度越高;相交曲线夹角越接近90°,双参数对系统输出影响的独立性越好。预制裂纹监测试验表明,基于分段监测理念的环状涡流传感器具备识别和定量监测裂纹的能力。     

基于虚拟示波器的涡流应力测量装置研制

为将涡流阻抗法应用于金属构件应力的快速测量,基于改进的矢量伏安法,采用虚拟示波器技术,研制出一套测量参数可控的便携式阻抗测量装置。实验测试了信号平均次数、电路采样电阻等对涡流传感器阻抗-频率特性曲线测量精度的影响规律,在优化参数条件下,研制的阻抗测量装置与Agilent 4294a的测试结果较为一致,相对偏差在±5%范围。将便携式装置应用于金属杆件的涡流应力测量:先后对45号钢杆和LY12铝合金直杆进行拉伸实验,测量粘贴于直杆上涡流传感器的阻抗变化,回归分析得到阻抗变化率与拉力的直线拟合方程(拟合优度大于0.9)。实验结果表明,基于虚拟示波器的阻抗测量装置可以基于涡流测力原理,实现金属构件应力的快速、有效测量。     

金属表层材质对电涡流传感器的测量影响及补偿方法

被测金属导体的磁导率和电导率对电涡流传感器的测量是有影响的。金属表层材质的缺陷如裂纹、划痕及金相组织偏析均会使磁导率和电导率发生变化。本文介绍一种试验研究方法,对某一确定的金属样块的平面度利用精密机械仪器和电涡流传感器进行测量,并对测量结果进行分析,得到一些初步看法并提出测量误差的补偿方法。     

金属表面材质对电涡流传感器的测量影响及补偿方法

被测金属导体的磁导率和电导率对电涡流传感器的测量是有影响的。金属表层材质的缺陷如裂纹，划痕及金相组织偏析均会使磁导率和电导率发生变化。本文介绍一种试验研究方法，对某一确定的金属样块的平面度利用精密机械仪器和电涡流传感器进行测量，并对测量结果进行分析，得到一些初步看法并提出测量误差的补偿方法。     

高灵敏隧道磁阻传感器在铝合金材料检测中的应用北大核心CSCD

针对铝合金材料的电导率和厚度检测,基于隧道磁阻传感器的高灵敏特性设计了一种用隧道磁阻传感器替代涡流传感器中敏感线圈的装置,减小了激励线圈的体积和功耗。采用正交锁相放大器的信号处理电路降低了噪声,对铝合金材料引起的磁场变化灵敏度可达0.1μT。实验结果表明:电导率差值小于0.4×10^(7)S/m,厚度差为1 mm的3种被测铝合金材料可被准确区分。该装置与涡流传感器相比,体积更小,功耗更低,灵敏度更高。     

测量电导率和提离的平面传感器阵列

金属材料表面的裂纹、腐蚀和疲劳损伤会引起表面电导率的变化,准确测量电导率可以对金属表面情况进行评估。设计了一种新型平面电磁传感器,建立了传感器数学模型并计算其响应,表示为二维网格形式的响应数据库,对铝板的表面电导率进行了测量。实验结果表明:传感器可以同时独立测量铝板的电导率和提离,显示了对金属部件的无损检测潜力。     

金属材料表面残余应力超声测量方法

针对金属材料零件制造中的表面残余应力无损检测难题,提出一种平面应力状态超声测量方法.基于线弹性理论,引入晶粒取向表征因子,揭示晶粒取向对超声传播的影响机制.虑及材料力学性质(弹性常数、晶粒取向等)和应力状态对声速的共同影响,建立平面应力分量-声速解耦模型.基于临界折射纵波(LCR波)表面应力测量原理,分析温度与耦合状态对超声信号衰减、畸变以及声时的影响规律,并设计出一种一发双收直接耦合造波探头.以单向拉伸的变截面铝合金板和搅拌摩擦焊后的轧制铝合金板为典型对象,利用自主开发的超声应力测量系统进行表面应力测量试验,分别与有限元法和小孔法进行对比,应力测量结果具有良好的一致性,可为金属材料表面残余应力测量提供可行方案.     

一种基于电涡流的电解质溶液电导率测量方法

本文将常用于金属探伤的对射式涡流传感器应用于电解质溶液的电导率测量,对其信号处理电路进行了改进设计,提出了一种基于高速模拟乘法器的微弱涡流信号提取电路,并在分析系统等效电路和干扰途径的基础上提出了一种抑制干扰的方法。在此基础上,构建了一套电解质溶液电导率的非接触非侵入式测量系统。该系统结构简单,测量有效,其测量误差不超过1.5%(FS)。     

柔性差测量科赫分形涡流传感器内部裂纹检测

柔性涡流传感器由于其可变形性有望被用于复杂形貌结构的无损检测。 柔性科赫分形涡流传感器由于其局部微结构 对涡流的调理效果,对各方向短裂纹检测性能的一致性较高,但该传感器对于近表面及内部裂纹的检测还未展开研究。 构建了 差测量传感器的等效电路模型;通过仿真方法研究了涡流分布随深度的演化规律;通过试验方法,研究了传感器对覆盖不同厚 度铝板预制裂纹试块的检测效果。 有限元结果表明,随着深度的增加,涡流密度减小,集中性降低,分布的形态与其在表面差异 越来越大,形态由雪花状向圆形演化。 试验结果表明,传感器输出信号随着覆盖层厚度的增加而减弱;当激励频率为 10 kHz 时,传感器可检测到裂纹时覆盖铝板最大厚度为 2. 0 mm。     

线圈弯曲角度对柔性涡流传感器缺陷检测能力的影响

采用有限元仿真和实验方法分析了圆形线圈处于不同弯曲角度时,柔性涡流传感器对模拟裂纹缺陷方向角及深度的检测能力变化规律。结果表明:圆形线圈弯曲导致各向均匀涡流场朝单向涡流场转变,无论是工作于自感还是互感检测模式下,柔性涡流传感器对不同方向裂纹缺陷的检测灵敏度均降低。对于90°裂纹,当线圈弯曲角度为30°时,自感和互感模式的检测灵敏度分别下降约7%和45%。线圈弯曲导致传感器对裂纹方向、深度的识别能力随线圈弯曲角度增大而单调下降。相比自感模式,互感模式下柔性涡流传感器对裂纹方向及深度的识别能力更佳。线圈与曲面贴合造成的弯曲对传感器性能的影响不可忽略,在设计柔性涡流传感器时应合理选择弯曲角度范围。     

小零件平面度误差测量的一种新方法

针对小零件的平面度误差测量及数据分析处理 ,提出了一种新的测量方法。首先采用高精度涡流位移传感器对小零件的平面进行连续测量 ,然后利用遗传算法对数据进行处理 ,求出较精确的平面度误差值。这种方法提高了测量精度和速度 ,符合现代测量所提出的自动化和高精度的要求     

基于电涡流位移传感器的嵌入式滚转角测量方法

导轨运动副在运动过程中会产生6个自由度误差,滚转角误差一直是测量的难点。提出一种基于电涡流位移传感器的滚转角在线测量方法和装置。该方法将导轨固定于基准平面,电涡流位移传感器探头通过连接板安装在运动平台上,其中两个探头相距L,并且连线垂直导轨运动轴线,平台运动过程中,两个探头通过测得的导轨直线度误差间接得到导轨滚转角误差;考虑到基准平面平面度误差影响,建立了误差补偿模型,对基准平面平面度误差对滚转角误差测量引起的角度变化量进行补偿,从而计算出导轨精确滚转角误差。静态和动态加载对比试验结果表明:在导轨运动距离为100 mm,导轨滚转角误差变化范围为-32.5″至8.6″时,本方法与标准中的水平仪法比对残差在±1.5″左右,验证了该测量系统的可行性和所提出的补偿方法的有效性。提出的导轨滚转角测量方法充分考虑和减少了基准平面平面度误差的影响。此外,所提方法可以实现在线测量,可以与其他电涡流位移传感器相结合,组成结构简单、测量精度高、抗干扰能力强的多自由度在线测量系统。     

7075T651铝合金板材内部初始残余应力分布研究

针对材料内部残余应力分布的传统剥层测量方法,对底部贴片的剥层法进行改进,通过测量底部释放的应变,结合有限元方法模拟残余应力释放过程中得到的各剥除层的应变释放系数,计算出了剥除层释放的残余应力。运用弹性力学理论推导得到了材料内部初始残余应力的修正公式。随后基于两种方法对典型7075T651航空铝合金预拉伸板的内部残余应力进行了测量,并对测量结果进行了分析和比较。结果表明,改进法能够有效评估材料内部初始残余应力分布规律,但是在个别深度处测量精度有待进一步提高。     

一种新型PZT压薄膜应力传感器的设计仿真

针对目前应力传感器不能兼顾柔性、动态测量及无法测量曲面接触应力特征信息等难题,设计了一种新型的PZT压电薄膜柔性应力传感器。主要有由PZT压电薄膜、导线、特殊的压敏涂层等构成。传感器的受力信息可以通过检测PZT压电薄膜传感器的电荷变化来获取,可应用于测量各种接触面之间的应力。为研究测量轮胎路面等具有复杂曲面接触结构的应力分布提供了新的思路和方法,分析了压电传式感器的工作原理,压电薄膜的传感特性,建立有限元分析模型,进行仿真分析,结果表明该传感器结构简单、体积小,相对于传统测量方法更加可靠,适用于曲面应力的测量。     

含缺陷铝合金厚板预拉伸断裂研究

由于材料中存在空洞等缺陷,铝合金厚板在预拉伸过程中易发生断裂,对拉伸设备造成损伤。基于GTN损伤本构方程,建立铝合金板预拉伸断裂模型。基于小试件拉伸断裂试验测试结合数值模拟,确定GTN损伤本构参数,对五种典型厚度铝合金板预拉伸断裂进行研究。计算铝合金板断裂过程中的应力应变及损伤变量的变化规律,并将表面位置和断裂截面位置处的各变量进行对比。结果表明,随着拉伸率的增大,铝合金板由平面应力状态变为应变集中,其部位由正中心位置向边缘偏移,空洞体积分数最大值也由正中心位置转移到应变集中处;随厚度增加断裂应变略有降低,且受初始空洞体积分数的影响较大。通过对不同厚度、不同拉伸率的铝合金板预拉伸分析,得到初始空洞体积分数和初始缺陷尺寸随厚度变化规律。     

6063铝合金在不同应力状态下的变形及损伤行为

用平板拉伸、缺口拉伸、剪切试验结合断口形貌观察及有限元模拟等方法,对6063铝合金在三种不同应力状态下的变形及损伤行为进行了研究.结果表明:在不同应力状态下该合金的变形及损伤行为存在明显的差异,剪切时材料的断裂应变远大于平板和缺口拉伸时的,而缺口拉伸时材料的屈服强度及峰值应力大于平板拉伸时的;平板拉伸时试样为拉剪混合型断裂,断口由一定比例的韧窝和剪切平面组成;缺口拉伸时试样有明显的颈缩,断口以韧窝为主;剪切断口以剪切平面为主;损伤行为的有限元模拟结果与试验结果吻合较好.     

平面应力状态下铝合金板的织构演化规律

为掌握铝合金5052织构演化规律,通过双向拉伸试验模拟铝合金板材受平面应力作用下的单向拉伸、平面应变、等双拉三种典型应变状态,获得取向分布函数并进行了定量分析.结果表明:该板材中轧制织构密度普遍较弱而再结晶织构立方取向、R取向及D取向密度较强;在不同应力状态下织构随着应变比绝对值增加而聚集;织构体积分数随应变比的变化不大,随机织构占有较大的体积分数.     

7075铝合金板预拉伸工艺研究

采用直接热力耦合的方法,引入7075铝合金高温下的流变应力特征曲线,对不同厚度的7075铝合金板材在实际淬火工艺下的淬火过程进行数值模拟,揭示铝合金板材淬火残余应力分布规律;考虑铝合金板材拉伸过程中的实际夹持方式,对不同厚度7075铝合金板材实际拉伸过程进行数值模拟,分析对比拉伸后残余应力分布规律,并对拉伸工艺进行优化,确定最佳拉伸率和锯切量,揭示厚度变化对淬火残余应力、拉伸后残余应力以及锯切量的影响规律.利用钻孔法对实际拉伸的7075铝合金板材进行拉伸后残余应力的试验测试,数值模拟结果与试验测试结果相吻合.研究结果表明,随着厚度的增加,淬火残余应力、最佳拉伸率以及锯切量都相应增大,锯切量中过渡区长度为板材厚度的60％～70％.