等厚铝/铝黏接结构的超声脉冲反射信号

针对黏接结构存在缺陷的问题,对等厚铝/铝黏接结构的超声界面模型及传播路径进行分析,得到黏接良好部位与黏接不良部位的脉冲反射信号,构造模拟回波信号。改变黏接良好部位及不良部位的黏接层厚度,并观察第5次回波信号幅值。结果表明:黏接不良部位第5次回波幅值显著低于黏接良好区域的幅值,且该回波幅值不受黏接层厚度以及残留粘胶厚度的影响,故可将第5次回波幅值作为判据来判断黏接结构是否存在黏接不良缺陷。     

汽轮机叶片早期疲劳损伤非线性瑞利波检测

为了检测具有变曲率变厚度结构特点的汽轮机叶片表面早期疲劳损伤,提出了非线性瑞利波无损检测方法。建立了汽轮机叶片非线性瑞利波检测有限元模型,在模型中提出采用无限单元边界,有效防止了边界对声波的反射,使数值模拟结果更加准确。结果表明超声非线性系数(β)随微缺陷数目和长度的增加分别呈线性和二次函数增大关系。建立了汽轮机叶片非线性瑞利波检测试验系统,对两组三点弯曲疲劳试件进行了非线性瑞利波检测试验,试验结果虽有一定的分散性,但在疲劳寿命50%以前,β总体随疲劳寿命增加而明显增大。     

固溶温度对GH4169微观组织形貌及超声特性的影响

对不同固溶温度的GH4169合金试样,进行了微观组织形貌观察,提取了晶粒尺寸、形状特征参数。采用纵波回波法和共线穿透法进行超声检测和非线性超声检测,计算合金的超声特性参数。提取的超声特性参数包括:衰减系数、声速、相对非线性系数、背散射信号(位于一次底波和二次底波之间)经验模态分解后固有模态函数的平均功率和波形指数。超声-微观结构参数对比分析的结果表明,通过衰减系数、声速、非线性系数可有效识别相变,衰减系数对晶粒尺寸波动敏感,随晶粒粗化而增大;所提取的固有模态函数平均功率和波形维数都可以对晶粒尺寸进行评价,但尚难以用于表征晶粒纵横比。     

碳钢–橡胶硫化黏接拉伸力学行为与黏接失效机理

目的 研究碳钢-橡胶黏接结构件的拉伸力学行为和黏接失效机理,同时获得黏接工艺参数对碳钢-橡胶黏接界面质量的影响规律。方法 引入内聚力模型来描述黏接界面的黏接失效过程,通过黏接结构件界面力学性能实验拟合,获得内聚力参数,建立碳钢-橡胶黏接三维拉伸数值模型,从拉伸应力、剥离应力、损伤因子和刚度弱化的角度分析碳钢-橡胶在拉伸载荷作用下的黏接失效行为,研究刚度、初始损伤强度和断裂能对碳钢-橡胶黏接界面力学性能的影响规律。结果 在实验得到的内聚力参数下,碳钢-橡胶黏接界面中部最大拉伸应力比边缘增大了0.42 MPa,黏接界面边缘的最大剥离应力比最大拉伸应力增大了0.77 MPa。在拉伸位移为1.35 mm时,黏接界面中部最先进入损伤演化。当拉伸位移增至1.8 mm时,黏接界面边缘进入损伤演化,黏接界面中部完全失效,刚度的减小使得黏接界面的抗拉伸能力增强,刚度越小黏接界面的抗拉伸能力增强效果越明显。初始损伤强度小于3.42 MPa,黏接界面损伤演化速度明显较慢,在较大拉伸位移下才会发生黏接失效。不同断裂能的黏接界面进入损伤演化时的拉伸位移一致,断裂能越大的黏接界面损伤演化至完全失效的速度越慢。结论...     

微裂纹检测与定位的非线性超声仿真分析

金属浅表层的微裂纹直接影响金属的性能和使用寿命，非线性超声检测方法对于浅表层微缺陷检测有较好的效果。本文针对钢材浅表层微缺陷检测和定位问题，通过有限元仿真的方式研究裂纹检测与定位的非线性超声规律。在有限元仿真软件COMSOL Multiphsics中建立包含表层裂纹的二维混频表面波检测模型，研究超声波与钢材表层裂纹引起的非线性效应，总结缺陷尺寸与边频信号振幅的变化关系，采用基于时频分析的异侧混频激励方案研究裂纹的定位。仿真结果表明，当金属表面存在裂纹时，检测点接收的回波信号中将出现和频及差频信号；边频信号的信号强度随着裂纹宽度增大而增强，随着检测距离的增大而衰减，随着裂纹深度增加呈现先增后减趋势；通过时频分析实现了表面裂纹的定位。采用激励频率分别为0.5 MHz和0.8MHz、基频幅值均为10^-5m的超声信号能够满足浅表面裂纹检测需求，实现浅表面深度为0.2～2 mm、宽度为5～30μm的裂纹检测，定位准确率为88%。研究结果为钢材浅表层微缺陷的非线性混频超声检测和定位提供了参考依据。     

镁合金粘接层失效的非线性超声检测研究

粘接层脱粘问题直接影响材料或结构的整体性能,需要采用合适的方法尽早检测。针对此问题,提出利用非线性超声无损检测方法对其进行检测,建立了粘结层失效的非线性超声测试系统,对脱粘不同程度的镁合金粘结层试件进行了试验研究,有效测量了表征粘接层失效程度的超声非线性系数β,结果表明超声非线性系数对镁合金粘结层失效非常敏感,且随脱粘程度呈二次函数关系增加;同时,建立了有限元仿真模型,对脱粘不同程度的镁合金粘结层试件进行了有限元数值仿真,仿真结果和实验结果在变化趋势上近似一致,进一步证明非线性超声检测技术可以用于粘接层界面失效的无损评价。     

复合材料结构超声检测的不确定度评定

超声检测技术对缺陷的定位和定量检测有高准确性和高可靠性,其已在复合材料结构的检测领域得到十分广泛的应用。为了评定检测结果的质量,需要对复合材料结构超声检测的不确定度进行评定,以表征检测结果的可信度。基于超声反射法对碳纤维增强复合材料检测试块中不同尺寸的平底孔缺陷进行定量检测,采用底波幅值衰减6dB的方法对缺陷边界进行标定,得到检出缺陷的尺寸,建立了不确定度传递的数学模型,分析了对检测结果产生影响的因素,包括试块、扫查方法、设备参数以及检测重复性等,给出了复合材料结构超声检测的不确定度评定结果。     

自由装填式药柱包覆层黏接质量的错位散斑检测

以自由装填式药柱常用的丁腈橡胶(NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)包覆层为研究对象,采用数值分析与试验研究相结合的方法,研究不同厚度、不同尺寸缺陷离面位移和真空加载压差的关系。对影响检测灵敏度的错位距离进行分析,介绍了错位散斑图像上缺陷大小的测量方法以及药柱表面的处理方法。研究内容对自由装填式药柱包覆层黏接质量的激光错位散斑检测有实际参考意义。     

薄壁十字交叉激光焊结构缺陷超声Lamb波检测

为了有效识别薄壁十字激光焊结构中未焊透缺陷,开展了超声Lamb波法检测研究. 采用有限元分析方法模拟了A0和S0模态Lamb波在薄壁中与缺陷的作用结果,对缺陷尺寸与回波反射系数的关系进行了预测. 在此基础上,进行仿真结合试验,确定了不同模态Lamb波的入射点、激励角度,探讨了A0和S0模态Lamb波用于识别1.9 mm厚薄板十字激光焊接结构未焊透缺陷的可行性,并获得了超声Lamb波反射系数与缺陷尺寸的关系. 结果表明,仿真研究和试验实测结果的趋势具有较好的一致性. 采用超声Lamb波检测时,A0模态波能够有效检测十字焊接结构中的未焊透缺陷,且可一定程度上表征缺陷的尺寸;而S0模态波对结构中的未焊透缺陷不易于识别.     

镁合金早期疲劳损伤的非线性超声在线检测与原位微观观察(英文)

开发了一套在材料疲劳实验机上直接在线测量超声非线性系数的实验系统。利用该系统进行3组不同加载应力下的镁合金试件疲劳在线非线性超声检测,同时,利用光学显微镜对镁合金材料随着疲劳周数增大的微观结构变化进行原位观察。结果表明,在疲劳寿命的55%之前,随着疲劳周数的增加,位错滑移产生的驻留滑移带增多,微裂纹萌生扩展,超声非线性系数随之增大;在疲劳寿命的55%之后,宏观裂纹的出现使超声衰减系数增大,超声非线性系数有减小趋势。微观观察结果可以很好地验证超声实验结果。另外,高周和低周疲劳以及拉-拉和拉-压等疲劳模式的变化对实验结果没有明显的影响。     

铝合金板材疲劳损伤的非线性导波检测

针对传统线性超声检测技术无法检测疲劳微损伤的问题,提出了疲劳微裂纹的非线性超声导波检测技术。首先,通过检测信号时频分布与频散曲线的对比分析,确定了铝板中的Lamb波模态,据此优化试验参数,并在板中激发单一模态的兰姆波;其次,通过试验方法判断该模态Lamb波的非线性响应条件,确定该模态在激励微裂纹疲劳损伤上的实用性;第三,提取了非线性超声检测特征参数,分析了各特征参数随疲劳周数的变化关系。结果表明:铝板中的兰姆波频散特性会导致基频幅值波动较大,非线性系数随基波变化无法反映真实的微裂纹非线性响应;二次谐波幅值在疲劳损伤初期随着疲劳周数的增大而增大,可用于评价缺陷的微观损伤。     

搅拌摩擦加工CNTs/Al复合材料超声非线性评价

采用搅拌摩擦加工法制备碳纳米管增强铝基复合材料,针对产生的微观碳纳米管团聚缺陷,提出运用非线性超声检测方法对其进行无损评价. 根据非线性波动理论,采用二阶弹性常数作为非线性测量参数,并结合带通滤波技术设计了非线性超声检测试验系统,通过测量碳纳米管团聚程度不一样的复合材料的二阶非线性系数,得到随着碳纳米管团聚程度的加剧,二阶非线性系数呈递增趋势. 结果表明,证明采用非线性超声检测方法有望对微观碳纳米管团聚缺陷实现有效评价.     

巨型压机C型机架的尺寸系数计算

为了获取巨型压机C型机架的尺寸系数,基于TCD(The Critical Distance)理论给出了缺口试样尺寸系数的有限元计算方法。首先,利用精确的有限元分析结果,获取缺口周围的应力场模型,结合材料的疲劳性能参数得出缺口试样尺寸系数;其次,运用该方法计算一系列比例放大后的缺口试样尺寸系数,同时制作出相应的几何试样并进行试验测试其尺寸系数,通过公式计算值与试验测试值的比较证实该方法的有效性。最后,根据疲劳模拟实验原理建立C型机架模拟缩比模型,利用缺口试样尺寸系数计算方法得到压机机架的尺寸系数。该方法为大型结构件的尺寸系数计算提供参考依据。     

双点蚀缺陷管道剩余强度计算方法

现有的双腐蚀缺陷管道剩余强度评价规范大多以轴向均匀腐蚀为研究对象,评价双点蚀缺陷管道时结果偏保守,导致管材浪费严重。利用非线性有限元分析方法,对含有交互影响双点蚀缺陷管道的剩余强度进行分析,验证了分析方法的可靠性。在此基础上,研究了轴向间距对带有相同尺寸和不同尺寸双点蚀缺陷管道失效压力的影响,并建立了双点蚀缺陷管道失效压力计算方法。结果表明,双点蚀缺陷相互作用随轴向间距呈对数关系变化,但相同尺寸双点蚀缺陷相互作用随点蚀直径或点蚀深度的变化极小,可以忽略,而不同尺寸双点蚀缺陷相互作用区间随双点蚀直径或深度差距的增加而减小;拟合得到的双点蚀缺陷相互作用系数能够合理预测双点蚀缺陷的相互作用,并解决交互影响双点蚀缺陷管道失效压力的计算。     

304不锈钢扩散焊界面的超声非线性成像

运用信号处理技术对扩散焊界面的超声非线性行为进行了研究.首先通过控制焊前表面处理和焊接工艺制备了具有典型缺陷的扩散焊接头,并对其进行超声检测,获得了反映界面状态的超声信号数据.在固相连接接头超声非线性的理论分析、界面超声非线性图像、界面显微特征和接头抗剪强度的基础上,研究了不锈钢扩散焊接头不同界面状态的超声非线性效应.结果表明,非线性超声检测对弱结合缺陷比较敏感,可在一定程度上将超声C扫描成像和超声非线性成像结合起来实现扩散焊接头的无损检测.     

超声相控阵有限元建模分析

采用超声相控阵技术对含有缺陷的焊缝试块进行无损检测得到对应缺陷试块扇形扫描图;同时利用有限元模拟,模拟超声波在试块中传播得到声压幅值图像。将试验结果和仿真结果与理论计算值对比可以发现,三者结果相识度很高。研究结果证明了相控阵有限元模拟的有效性,其研究结果对于超声相控阵技术在实际的工程应用中有非常重要的参考价值。     

铁素体不锈钢晶粒度的非线性超声表征

利用非线性超声检测技术,测量了不同晶粒尺寸铁素体不锈钢的非线性参数,并与传统线性超声技术的评估结果进行了比较。结果表明,随着铁素体不锈钢晶粒尺寸的增大,声速变化并不明显,相对变化量为1.89%,衰减系数的相对变化量也只有5.65%,而非线性参数随晶粒尺寸的增加而持续减小,这是由于声波在材料内的传播过程中,其非线性效应很大一部分产生在晶界等不连续处,随着晶粒尺寸的增大,晶界面积减小,非线性效应减弱。     

基于线性和非线性超声的惯性摩擦焊接头检测研究

采用常规线性超声和非线性超声两种检测手段,并结合信号处理对摩擦焊接头中缺陷进行了检测与分析。结果表明:线性超声检测可对摩擦焊接头缺陷进行定性和定量分析,但受限于受摩擦焊接头结构特点和常规超声探伤仪发射电压不够,最小检测缺陷尺度为毫米级;非线性超声对摩擦焊接头微米级缺陷有高敏感性,但仅限于定性分析,可作为常规超声检测的有力补充。     

镁合金壳体内部缺陷的精确超声定量方法

利用基尔霍夫近似法建立镁合金壳体内部缺陷的超声测量模型,并利用该测量模型对缺陷回波幅值进行数值计算,获得缺陷波/底波幅值比曲线。在此基础上,建立基于幅值比曲线的缺陷检测理论模型,并对缺陷进行定量检测分析。采用搭建的超声检测实验系统,对含有人工缺陷的镁合金壳体进行缺陷检测试验。结果表明:相比于传统距离增益尺寸曲线定量方法,本实验方法在缺陷定量检测精度和有效检测深度范围上均有较大提高,从而为提升镁合金壳体内部缺陷的定量检测水平提供新的方法和技术途径。     

超声热成像对含曲率TC4结构表面裂纹的检测仿真

目的 针对含曲率TC4结构的表面裂纹,在分析超声红外热成像检测原理的基础上,进行有限元仿真模拟,研究激励条件对检测效果的影响规律,得到最佳激励参数。方法 首先,设置不同激励幅值、激励频率、激励时间及激励位置等多组方案进行仿真计算。然后基于仿真优化出的最佳激励方案,对含表面裂纹的某航空发动机叶片进行检测,证明仿真结果的准确性。结果 在超声激励过程中,裂纹缺陷区域与非缺陷区域的温差逐渐上升,并在激励结束时达到最大表面温差。随着激励幅值的增加,最大表面温差逐渐上升,上升速率逐渐减小;随着激励频率的增加,最大表面温差逐渐上升,上升速率逐渐增大;随着激励时间的增加,最大表面温差逐渐上升,80 ms后逐渐趋于定值。在裂纹扩展方向上,超声激励施加在构件中央时,检测效果最佳;在垂直于裂纹扩展方向上,超声激励施加在裂纹正下方时,检测效果较差,激励源向两侧移动10~20 mm时,检测效果最佳。通过对含表面裂纹的某航空发动机叶片进行检测试验,可以清晰地看到裂纹信息,检测效果较好,表明仿真结果可靠。结论 研究成果有效地揭示了激励幅值、激励频率、激励时间及激励位置对检测效果的影响规律,为超声红外热成像技术检测含曲率结构表面裂纹的优化奠定了理论基础。