螺栓轴向应力的非线性超声检测技术研究

在工作过程中,螺栓常受到轴向应力的作用,作为最常见的紧固件之一,螺栓的服役质量对于安全生产至关重要。非线性超声技术对材料内部微结构的变化敏感,在检测螺栓轴向应力方面有极大的潜力。根据超声波在各向同性材料内部的传播规律,分析了非线性系数与基波幅值以及高次谐波幅值之间的关系,搭建了非线性超声检测系统。以45钢和304不锈钢材质的螺栓为研究对象,对不同轴向应力下的螺栓进行非线性超声检测,得到非线性系数与螺栓轴向应力之间的关系曲线。结果表明,螺栓的超声非线性系数随轴向应力的增大而单调增加,当轴向应力超过一定值时,非线性系数显著增大,说明非线性系数对应力变化敏感,可以用来表征螺栓的轴向应力。通过对相对非线性系数进行归一化和多项式拟合,得到螺栓轴向应力与归一化相对非线性系数之间的函数关系,然后采用非线性超声和线性体波检测两种方法对电子拉伸试验机施加的螺栓轴向应力进行检测验证试验,200 MPa以上的轴向应力采用非线性超声检测误差在6%以下,明显优于线性超声体波检测,研究结果为服役状况下螺栓的轴向应力检测提供了有效支撑。     

管道焊缝残余应力超声环形组合测量方法

重点阐述基于临界折射纵波(LCR波)的超声环形组合探头管道焊缝残余应力的测量方法,该方法用于实际测量,可提高管道焊缝残余应力检测的效率。详细介绍了检测系统硬件和软件,并对残余应力与纵波声速的线性关系进行实验分析,通过切块分离法验证了该方法测量输送管道焊缝残余应力的可行性。     

金属板件中微裂纹的非线性超声表征方法研究

研究非线性超声波动规律,确定二阶、三阶相对非线性系数与基波、谐波幅值之间的关系。建立微裂纹非线性弹簧模型,研究在循环载荷作用下微裂纹形状尺寸(长度和宽度)变化对超声接收信号谐波幅值数的影响,确定二阶相对非线性系数与微裂纹形状尺寸的关系,随着微裂纹长度增加,二阶相对非线性系数随之增加;随着微裂纹宽度增加,二阶相对非线性系数随之减小。将二阶相对非线性系数与裂纹形状非线性弹簧模型与实验结果进行对比,具有较好的一致性。研究了三阶相对非线性系数与微裂纹形状尺寸的关系,随着微裂纹长度增加,三阶相对非线性系数随之增加;随着微裂纹宽度增加,三阶相对非线性系数随之减小。     

GH4169高温合金疲劳寿命非线性超声检测研究

基于超声无损检测理论,研究金属板材弯曲疲劳引起的超声非线性波动规律,建立相对非线性超声系数β′、δ′与基波、谐波幅值定量关系。利用位错模型解释了金属材料存在晶格微缺陷或应力时,超声二阶与三阶非线性系数β、δ的变化趋势。建立非线性超声检测系统,测量GH4169高温合金板材疲劳弯曲试验过程中超声相对非线性系数β′、δ′的变化趋势。实验结果表明:随着疲劳寿命的增加,相对非线性系数单调增加。二阶与三阶相对非线性系数与疲劳寿命关系转折点分别出现在疲劳寿命80%左右和60%左右。在第一阶段相对非线性系数随着疲劳寿命单调增大,在第二阶段相对非线性系数随着疲劳寿命增加出现波动或保持不变,甚至出现下降现象。对于二阶相对非线性系数,实验曲线与位错综合模型预测数据具有较好的一致性。对于三阶相对非线性系数,实验曲线与位错偶模型预测数据具有较好的一致性。     

典型沥青路面应变响应的现场实测研究

为了揭示沥青路面在车辆荷载作用下的力学响应变化规律,为耐久性路面设计提供参考,采用光纤光栅传感技术,对柔性基层(S1)、组合式基层(S2)及半刚性基层(S3)3种典型沥青路面结构开展了动静载作用下的应变现场测试试验,分析了路面应变沿水平和深度方向的应变场变化规律.结果表明,中上面层及下基层底为沥青路面最不利层位;此外,...     

碳纤维-铝多层结构胶接质量的超声检测

采用宽带窄脉冲超声换能器对树脂基碳纤维与铝板胶接质量进行检测,通过对采集的回波信号幅值、声时以及相位等因素的分析,找出回波信号与胶接缺陷形态的对应关系,提出针对树脂基碳纤维与铝多层结构胶接结构的超声检测方法。本文还通过对试块上预埋缺陷的检测确定了该检测方法的准确性,并运用红外热成像检测技术对检测结果的可靠性予以验证。     

残余应力的超声检测方法

建立超声应力检测与校准系统,分别利用该系统和X射线应力分析仪对Q235钢、685钢、45号钢、铝合金等试样进行残余应力检测,通过对比研究表明两种方法的应力检测值并不相同,但是应力趋势基本相同。利用超声法对焊缝、平板类零件、轴类零件、管类内壁、螺栓、涂覆层下、玻璃及陶瓷等的残余应力分布进行检测,取得较好的应用效果。     

Strain transfer mechanism of passive wireless surface acoustic wave torque sensors using shear lag theory

A shear-lag theory was developed to investigate the strain transfer from the metal substrate to the surface acoustic wave (SAW) resonator through a bonding layer. A three-layer model of host structure-adhesive layer-resonator layer was established. The strain transfer was theoretically analyzed, and the main factors impacting the SAW sensor measurement were studied. The relationship between the sensor response and the individual effect of all these factors under static loads was discussed. Results showed that better accuracy could be achieved with increase in the adhesive stiffness or resonator length, or decrease in the adhesive thickness. The values of the strain transfer rate calculated from the analytical model agreed well with that from the available experiment data.     

基于超声技术的齿轮残余应力测量方法研究

齿轮是机械传动中最重要的零部件之一,被广泛应用于各类军用和民用机械装备中。国防工业的发展对齿轮传动的使用寿命、传动效率、可靠性等都提出了越来越高的要求。齿轮在服役使用过程中经常发生齿轮的失效,失效的模式多为轮齿齿面的疲劳点蚀和根部疲劳断裂,失效的现象严重影响了装备的传动性能以及可靠性。引起这两种失效的主要原因是工作过程中的疲劳,而残余应力是引起疲劳失效的主要原因之一。由于齿轮的形状复杂,轮齿空间狭窄,传统方法很难准确、快速地进行齿轮残余应力的测量。提出了利用超声临界折射纵波测量齿轮残余应力的方法,研究了临界折射纵波在齿面及齿根附近的传播规律、设计了用于齿轮残余应力测量的传感器和自动化测量装置。研究结果表明,采用超声临界折射纵波法能够实现齿轮残余应力的准确、快速测量。     

基于光纤光栅传感技术的沥青路面行车工况下力学响应研究

为揭示半刚性基层沥青路面内部真实力学响应规律,为耐久性路面设计提供参考。通过现场埋设光纤光栅传感器,基于真实荷载工况开展了不同车速与轴载作用下沥青路面应变测试试验。测试结果表明：沥青面层轮载中心拉应变最大,为该层最不利荷载点位|静载应变历时曲线黏弹性明显,且很好地符合Bugers模型,拟合判定系数为0.98|动载应变曲线呈现明显的压-拉-压波形。水稳碎石基层轮隙中心拉应变最大,为该层最不利荷载点位|静载应变历时曲线符合弹性性质,动载应变曲线主要表现为拉峰波形。构建了路面结构层层底应变随轴载和车速变化的理论函数模型,并得到了纵向动应变压峰与拉峰的峰值比值随车速变化的规律。其研究成果可供耐久性沥青路面设计及室内疲劳试验参考。