AZ31镁合金单向及交变载荷作用下声发射波形特征对比分析

采用声发射技术对AZ31镁合金在单向及交变载荷作用下的试验过程进行全程监测,对比分析其声发射波形特征,探讨塑性变形的产生及变化对镁合金声发射波形特征的影响。结果表明,不同载荷状态会产生不同的塑性变形,对镁合金声发射波形特征具有重要影响。与单向载荷作用相比,AZ31镁合金在交变载荷作用下,声发射波形具有明显的周期性和台阶现象等特点,其分别与裂纹闭合效应及材料塑性变形损伤有关。此外,AZ31镁合金在交变载荷作用下连续型声发射波形的平均波幅比单向载荷作用下的提高了约80 mV,除了塑性损伤累积的原因外,还有交变载荷作用下外部试验环境中较大背景噪声的作用。     

医用可降解镁合金腐蚀疲劳行为研究进展

镁合金由于良好的生物安全性和力学承载性,同时兼具可控的体内外降解速率,被誉为新一代的"革命性医用金属材料"。然而,在湿润气氛条件下镁合金的耐蚀性能较差,尤其是在复杂载荷和腐蚀疲劳作用下(经历动态交变载荷及腐蚀介质协同作用)镁合金的力学固定/支撑功能急剧骤减,导致植入物过早/提前失效。因此,本文从医用镁合金疲劳失效的施加载荷、频率与腐蚀因素的耦合机理出发,针对医用镁合金体内外腐蚀疲劳寿命、断口微区特征和腐蚀速率间定量关系,阐述交变载荷下腐蚀疲劳失效微观机制。同时,深入解析了疲劳微裂纹萌生/扩展机理,全面总结了提升镁合金腐蚀疲劳性能的举措,以及展望了生物医用可降解镁合金的应用前景和发展方向。     

轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳过程中的声发射信号分析

利用全数字声发射系统研究了轧制AZ31B 镁合金腐蚀疲劳过程中的声发射信号.结果表明,轧制AZ31B镁合金在NaCl溶液中的腐蚀疲劳过程主要存在4种声发射源,其中与腐蚀相关的两种信号分别对应于阳极溶解和阴极析氢,前者属于板平面内激励源,产生扩展波信号;后者属于板平面外激励源,产生弯曲波.与载荷相关的两种信号分别对应于塑性变形的连续型信号和裂纹扩展阶段高载荷阶段出现的裂纹扩展信号.腐蚀相关的声发射信号存在于整个疲劳过程,而塑性变形信号只发生在疲劳过程中特定的应力阶段.     

基于不同频率下疲劳裂纹扩展时声发射特性分析

为了探究Q345R材料在循环载荷作用下的性能,开展不同频率下疲劳裂纹扩展实验,对照疲劳载荷过程中的损伤过程,提取声发射信号特征参数并进行综合分析。研究发现不同加载频率下,材料疲劳裂纹扩展长度与循环次数的关系;同时通过声发射在线监测其过程中的特征参数,发现疲劳裂纹扩展和断裂过程中的规律性,为声发射技术应用于Q345R材料的在线检测提供了参考。     

微弧氧化Mg-3Al-1Zn镁合金应力腐蚀和腐蚀疲劳行为研究

本文主要对微弧氧化Mg-3Al-1Zn镁合金在空气和3.5 wt.%硫酸钠溶液两种环境下的应力腐蚀和腐蚀疲劳行为进行研究，并讨论其相互关系。微弧氧化处理后，Mg-3Al-1Zn镁合金的耐蚀性能得到明显改善。与Mg-3Al-1Zn镁合金基体相比，在空气中，微弧氧化后合金的应力腐蚀和腐蚀疲劳强度均下降了大约10 MPa。在3.5 wt.%硫酸钠溶液环境中，微弧氧化后合金的腐蚀疲劳性能仍然是恶化的，但是应力腐蚀强度却得到了显著改善，从58.24 MPa提高至202.08 MPa。这表明材料的力学性能（应力腐蚀和腐蚀疲劳）并不是与其腐蚀性能完全保持线性关系的。微弧氧化处理后镁合金在空气中的应力腐蚀断口为韧性断裂，在硫酸钠溶液环境中为解理断裂。而其腐蚀疲劳断口不论是在空气中还是在腐蚀环境中均为解理断裂。这主要是由于腐蚀环境和变换循环载荷的影响，两者共同作用将会加速裂纹扩展。这表明，周围环境和加载类型对材料断裂机理有重要影响。     

声发射在线监测酸性环境下油气管材腐蚀研究综述

高含H2S或特高含H2S气藏越来越多投入开发利用,给油气管材带来的腐蚀问题受到极大关注。声发射(AE)是一种无损在线监测技术,具有在酸性环境下在线监测油气管材腐蚀的潜在应用。在前人研究的基础上,综述了声发射在线监测腐蚀的原理以及从声发射波形信号中能提取到的与酸性环境下油气管材腐蚀相关的计数、绝对能量(ABS)、累计能量、上升时间/幅度(RA)、平均频率(AVG frequency)以及振幅分布值b值等参数,并基于这些参数对气泡破裂、点蚀以及腐蚀裂纹产生等过程、腐蚀类型识别以及腐蚀源定位进行了综合分析。声发射在线监测技术在一定程度上能够有效识别酸性环境下油气管材腐蚀过程、类型以及定位腐蚀源,从而提高腐蚀检出能力。声发射在线监测技术对酸性环境下油气管道腐蚀防护与监测具有重要意义。     

铝合金疲劳裂纹扩展声发射监测

采用声发射(acoustic emission,AE)技术对7N01铝合金单边缺口三点弯曲试样不同应力比、不同峰值载荷下疲劳裂纹扩展过程中声发射信号进行了监测,建立了裂纹扩展速率、声发射计数(count)与应力强度因子之间的关系.结果表明,大部分的声发射信号主要产生于疲劳循环载荷的低应力阶段,这主要是低应力阶段的声发射活动主要与裂纹尖端的塑性变形和裂纹闭合现象有关,声发射计数与应力强度因子之间呈指数增长的关系.基于所建立的声发射计数率与裂纹扩展速率的关系,可以预测疲劳损伤结构的剩余寿命.     

Q345R疲劳损伤过程声发射信号特征分析

制冷系统压力容器应用非常广泛，对于该类在役压力容器还没有可靠的实时动态监测方法。提出采用声发射检测技术对制冷系统压力容器进行实时监测，通过对容器制造材料Q345R钢的疲劳载荷试验，采集材料损伤全过程的声发射信号进行特征参数分析、波形和频谱分析，发现材料从裂纹萌生到断裂失效过程的转折点，并对不同损伤阶段声发射信号波形和频谱的特性进行对比研究，找出各个阶段声发射信号的特征，为实现Q345R声发射动态监测和评价提供可靠依据。     

海洋大气环境与拉伸疲劳载荷耦合作用下30CrMnSiNi2A钢的腐蚀损伤行为

目的 研究海洋大气环境与拉伸疲劳载荷耦合作用对30CrMnSiNi2A钢腐蚀损伤行为的影响.方法 在湿热海洋大气环境万宁试验站户外环境,首次采用海洋大气环境-拉、压、弯载荷耦合试验设备对30CrMnSiNi2A钢开展海洋大气环境-拉伸疲劳载荷耦合试验,利用金相显微镜、耦合试验设备和扫描电镜,探讨海洋大气环境腐蚀与拉伸疲劳载荷耦合作用对30CrMnSiNi2A钢的腐蚀形貌、腐蚀产物、拉伸性能及断口形貌的影响.结果 30CrMnSiNi2A钢静态暴露试验和耦合试验的腐蚀特征均为点蚀,静态暴露试验1 a和耦合试验35 d的最大腐蚀深度分别为95μm和54μm.静态暴露试验1 a,30CrMnSiNi2A钢的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别下降6.6％、6.5％、31.0％;耦合试验35 d,30CrMnSiNi2A钢的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别下降11.0％、11.4％、34.5％.断口形貌结果显示,30CrMnSiNi2A钢耦合试验的裂纹源附近扩展区为准解理形貌,存在细小二次裂纹,裂纹以疲劳源为中心,向芯部不断扩展,形成了具有方向性的腐蚀疲劳损伤.结论 海洋大气环境腐蚀与拉伸疲劳载荷的耦合作用可以加速30CrMnSiNi2A钢拉伸性能的下降,与静态暴露试验相比,耦合试验的加速倍率约为静态暴露试验的10倍.     

环氧涂层处理的Mg-3Al-1Zn镁合金在齿轮油中的腐蚀疲劳性能(英文)

研究环氧涂层处理后的Mg-3Al-1Zn合金在齿轮油环境下的腐蚀疲劳行为。采用扫描电子显微镜(SEM)观察疲劳试验后试样的腐蚀形貌及疲劳断口特征,并通过能谱仪(EDS)分析试样在齿轮油中的腐蚀产物成分。分析环氧涂层处理前、后2种试样的腐蚀疲劳性能和疲劳裂纹萌生机制。结果表明:经环氧涂层处理后,试样在齿轮油中的腐蚀疲劳极限高于未处理试样的。这是由于环氧涂层可以将镁合金与周围腐蚀环境良好地隔离。环氧涂层的力学性能比镁合金的差,这是疲劳裂纹优先从环氧涂层萌生的重要原因。另外,齿轮油的润滑作用可以使环氧涂层产生剥落现象。     

基于XFEM的复杂应力状态下疲劳裂纹扩展分析

以AZ31镁合金为研究对象,基于扩展有限元方法,对板件上0°、80°和90°这3种不同角度裂纹在9种不同应力状态交替载荷作用下的扩展形态进行数值模拟分析.结果 表明,不同应力状态交替载荷作用下,相同角度的疲劳裂纹扩展形态不同;相同应力状态交替载荷作用下,不同角度的疲劳裂纹扩展形态也不同;疲劳裂纹在受到交替拉应力作用时更...     

某型飞机飞行载荷疲劳试验过程中的声发射监测

介绍了某型飞机全尺寸机体飞行载荷疲劳试验过程中对关键部件(包括不可接近部件)疲劳损伤的声发射(AE)实时监测技术。在强冲击、高振动背景下,利用基于时间、空间、幅度或能量滤波等多种信号处理方式,对预处理后的AE信号以趋势分析为主,多参数分析综合验证,另辅以其它方法(包括波形分析),对一些关键部位的健康状态进行AE实时在线监测。成功预报了机翼对接区域某螺栓孔夹层裂纹的萌生,为保证机体飞行载荷疲劳试验顺利进行起到了重要作用。     

加载波形对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

对标准单边缺口三点弯曲试样分别施加三角波、正弦波、方波3种波形,得到了不同波形作用下的腐蚀疲劳裂纹扩展曲线,研究了在不同电位条件下加载波形对海水中D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率(da/d N)的影响。结果表明:无阴极保护时,三角波和正弦波作用下试样的疲劳裂纹扩展速率相当,并小于方波作用下的疲劳裂纹扩展速率,且方波的加速作用体现在低应力强度因子幅度时;在阴极保护条件下,这种现象更为明显;而在阳极极化条件下,方波对试件的疲劳裂纹扩展的加速作用减弱。     

声发射技术在飞机主起落架疲劳试验中的应用

介绍了某型飞机主起落架疲劳试验早期过程中多载荷作用下的关键结构的声发射实时监测技术。针对AE信号的复杂性,利用载荷滤波、幅值滤波以及空间滤波等多种滤波方法做信号处理,对处理后的AE信号以趋势分析为主,并以相关参数趋势变化进行验证。介绍了通过对提取到的关键部位在最大载荷下的AE信号的处理分析,取得了满意结果。不但掌握了各关键结构部位背景声发射信号的统计特征,还成功报告了加载系统的状况变化,为主起落架疲劳试验的顺利进行提供了保障作用。     

某型飞机主起落架支柱外筒头部枢轴疲劳损伤的声发射监测

某型飞机全尺寸机体疲劳试验过程中的无损检测和声发射(AE)监测对该型飞机疲劳定寿、确定修理周期及未来改进型疲劳细节设计起着十分关键的作用。起落架地面载荷试验是疲劳试验的重要组成部分,需要声发射监测的区域包括起落架梁和上、下枢轴等关键部位。针对试验过程的强冲击和强噪声干扰,作者利用声发射信号参数的趋势分析、基于时域和频域的滤波技术、相关分析方法和基于空间的滤波技术,实现了对这些目标的实时监测并成功地监测出上、下枢轴磨损等故障。     

AZ31镁合金裂纹扩展各向异性声发射特征分析

利用声发射技术对AZ31镁合金轧制方向和横向的疲劳裂纹扩展行为进行了研究。结果表明,镁合金疲劳裂纹扩展过程中产生的声信号撞击数与循环载荷的关系,以及撞击数上升率和应力强度因子幅的关系d C/d N-ΔK,分别与常规疲劳裂纹扩展试验结果相一致,裂纹失稳扩展临界应力强度因子幅与常规试验结果的误差分别为2.86%(裂纹沿轧制方向)和3.00%(裂纹沿横向);载荷一定时,裂纹沿横向扩展总是比沿着轧制方向扩展更慢一些,进入失稳扩展阶段更迟。微观组织显示,裂纹沿横向扩展边缘处的孪晶明显增加,断口处也表现出更明显的塑性,这对裂纹的扩展产生了阻碍,即材料在横向的抗裂性能要优于轧制方向,同时证明了利用声发射监测裂纹扩展行为的可靠性。     

基于声发射技术的接触疲劳失效检测应用与研究

接触疲劳是齿轮、轴承等长期承受交变载荷的重要旋转零部件的主要失效形式。采用声发射技术对接触疲劳失效过程进行监测,对损伤程度进行检测以及揭示接触疲劳失效机理具有重要的意义。随着声发射技术不断发展及先进声发射信号处理技术的出现,其在接触疲劳失效检测中的研究也越来越深入。文章回顾了声发射技术的发展现状,综述了声发射技术应用于块体零件和涂层零件的接触疲劳失效检测的研究进展与存在的问题,探讨了进一步研究的方向和解决问题的思路。     

基于声发射技术检测镁合金挤压过程动态摩擦研究

研究了镁合金在挤压过程中的坯料与工模具接触表面的摩擦状态。采用声发射技术对AZ91镁合金在不同挤压速度下挤压成形过程摩擦信号进行采集分析,研究挤压速度对摩擦声发射信号的影响,并分析了挤压型材的组织和力学性能。结果表明,镁合金在挤压过程中声发射信号振幅和能量随滑动速度增加而增加,不同挤压速度下声发射振幅信号平均值为64.4 d B。声发射振幅与声发射能量具有对应性;挤出型材抗拉强度和屈服强度随挤压速度的增加而增加,当挤压速度为10 mm/min时,声发射信号振幅为56.3 d B,抗拉强度为350 N/mm2,平均晶粒尺寸为63.2μm;当挤压速度为40 mm/min时,声发射信号振幅为72.3 d B,抗拉强度为达405 N/mm2,平均晶粒尺寸为53.7μm。为采用声发射技术的实时波形和声发射信号参数的平均值监测金属挤压成形时的摩擦状态提供了试验依据。     

齿轮表层疲劳裂纹扩展的声发射模型

齿轮表面的疲劳磨损是齿轮故障的主要形式之一。从弹性力学的能量理论角度,推导出了齿轮齿表疲劳裂纹在扩展时的能量关系,并根据声发射信号的特征,构造出齿表疲劳裂纹在扩展时产生的声发射信号的理论模型,说明了影响声发射信号能量强度的主要因素为裂纹扩展时间、形变体积及载荷和弹性模量的变化率,从理论上证明了声发射技术用于检测疲劳磨损的可行性。     

海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下不同加载方式对7050铝合金腐蚀损伤特性的影响

目的 研究不同应力加载条件对7050铝合金在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下的腐蚀损伤行为的影响规律。方法 以实际海洋大气环境为7050铝合金的薄液膜腐蚀环境,同时采用自主研发的疲劳载荷试验装置对暴露在海洋大气环境中的7050铝合金施加不同的拉伸疲劳载荷。研究应力比和载荷加载周期对协同作用效应下7050铝合金的腐蚀速率、腐蚀形貌、疲劳性能及断口形貌等的影响规律。结果 在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下,所有7050铝合金试样均发生了点蚀和晶间腐蚀。在每月加载1次应力的条件下,应力比为0.1和0.06的试样的最大腐蚀深度分别为40.1、46.5μm。在每周加载1次应力的条件下,试样的最大腐蚀深度为41.2μm。每周加载应力、应力比为0.06的试样的腐蚀速率显著大于应力比为0.1、每月加载应力的试样的腐蚀速率,且前者更易发生腐蚀疲劳断裂。所有试样的断口都呈现出疲劳断裂特征,裂纹源在合金表面,并放射性地向试样芯部扩展。结论 缩小应力加载周期及减小应力比均会显著加速协同作用效应下7050铝合金的腐蚀损伤进程,降低其抗疲劳性能。