长期高温使用后2.25Cr-1Mo钢焊接接头热影响区的蠕变损伤

对火力发电厂中在571℃使用约26万h后的2.25Cr-1Mo钢管焊接接头不同区域的显微组织进行了观察,重点对热影响区的蠕变损伤程度进行了分析.结果表明:该钢弯管焊接接头腹侧的热影响区主要为细晶组织,接近设计寿命时细晶区内蠕变孔洞面积占比约为0.8%,这可作为同种材料管道焊接接头蠕变失效的判据;细晶区内部还存在大量的M...     

异种钢焊接接头蠕变过程的有限元模拟

异种钢焊接接头常应用于高温下工作的大型构件,其蠕变特性和持久性能对结构的安全性具有重要意义。常规的蠕变试验和高温持久试验仅适用于均匀材料,对非均匀的异种钢接头存在局限性。为了解决该问题,针对某种构件上采用的含有过渡层的马氏体钢与珠光体钢异种金属接头进行了有限元建模。分别利用K-R蠕变损伤模型和改进的θ Projection模型进行模拟计算,并且对比了非均匀结构与均匀的焊缝、过渡层和母材的蠕变特性。对比发现,非均匀结构中抗蠕变性能较弱的过渡层部分的蠕变速率要大于均匀的过渡层材料的蠕变速率,这说明材料的不均匀性会带来附加的蠕变损伤。因此,仅通过均匀材料的蠕变试验来预测非均匀结构的寿命是不可靠的,应采用蠕变试验与有限元计算相结合的方法进行非均匀结构的寿命预测。     

T91-HR3C异种钢焊接蒸汽管道蠕变失效分析

对T91-HR3C异种钢高温蒸汽管道接头的服役过程进行了数值仿真研究,在ANSYS软件内自定义了母材和焊缝区域的蠕变本构模型,分析了服役过程母材热影响区、焊缝融合线及焊缝的温度、应力及应变变化规律,确定了焊接接头在服役过程中的危险点,描述了焊接接头服役过程中的变形.结果表明T91-HR3C异种钢焊接接头在高温长时间服役...     

固溶处理对304H焊接接头高温蠕变疲劳性能的影响

采用具有保持时间的高温蠕变疲劳试验,研究了304H不锈钢焊接接头在相同条件下焊态和固溶态焊接接头蠕变疲劳寿命,使用断口扫描电镜、透射电镜、金相显微镜分析了断裂失效机理及裂纹扩展走向。结果表明,固溶处理可以显著提高焊接接头蠕变疲劳寿命,固溶态焊接接头蠕变疲劳寿命约为焊态的1. 6倍;焊态下断口主要呈穿晶韧窝断裂特征,固溶处理试样断口呈现穿晶与沿晶混合断裂特征,裂纹从纤维区向结晶区扩展断裂。两种状态均有脆性相碳化铬析出,但固溶处理后Cr的析出率降低,延迟了脆性相的生成;同时,固溶处理后晶粒变大,提高了蠕变强度,这些因素导致固溶态304H焊接接头蠕变疲劳寿命的增加。     

P91钢蠕变损伤的非线性超声检测方法研究

针对现有的非线性超声评价金属高温蠕变状态的方法中存在的问题,借鉴了高频段能量与低频段能量之比作为非线性参数的定义方式及兰姆波应力波损伤因子表达式,提出利用一定频带范围内非线性参数的累积效应表征金属蠕变损伤程度的新方法。根据非线性能量从低频向高频转移的特性,得到某一激发频率下的高频段能量与低频段能量之比的非线性参量,其次,在考虑基波能量与高次谐波能量随频率变化的基础上,对一定频率范围内得到的非线性参量进行积分,得到累积非线性响应总和。应用该方法对实际现场截取的P91钢主蒸汽管道蠕变程度进行检测（该管道运行温度为550℃,运行压力为3 MPa,运行时间约3万小时）。检测结果与较精确的X射线衍射法测得的残余应力及传统的非线性系数方法作对比,结果表明,累积的非线性参数方法灵敏度较高,稳定性较好,与应力的测量结果符合性较好,能够跟随试样所受应力的改变评价管道的蠕变程度。     

基于连续性损伤理论对P91钢蠕变的损伤研究

P91钢是火力发电、核电等工程领域中广泛应用的耐高温材料,评价其蠕变损伤特性对材料寿命的评估有重要的工程价值.基于连续性损伤理论建立了P91钢材料在620℃下的损伤曲线,并研究了蠕变εc对损伤的影响.结果表明:在同温同载荷下,随着εc的增加损伤呈线性增长规律,损伤曲线可以完整地模拟蠕变过程,损伤值与实验值吻合较好,说明...     

P91钢高温蠕变数值模拟与实验研究

P91钢是火力发电机组中高温部件的重要材料,研究其蠕变性能对高温部件的寿命评估有重要意义。研究了P91钢在实验温度为620℃,试验应力分别为145,155和164 MPa下的蠕变曲线,基于损伤力学的方法建立了Kachanov-Rabotnov蠕变本构模型。通过对Norton方程、Kachanov-Rabotnov蠕变本构模型与实验数据比较得出:两者预测的P91钢断裂寿命与实验数据相差不大,最大误差小于7%;Kachanov-Rabotnov本构模型蠕变曲线要优于Norton方程得到的蠕变曲线,并且Norton方程所得到的蠕变曲线要比试验曲线偏低,预测的蠕变过于保守。     

马氏体/奥氏体异种钢焊接接头Ⅳ型蠕变失效数值模拟

采用有限元法建立马氏体与奥氏体(T91/HR3C)异种钢焊接接头蠕变数值模型,模拟温度为600℃、内压为42.26 MPa条件下T91/HR3C接头的蠕变最大主应力、von Mises等效应力和应力三轴度。结果表明,最大主应力峰值位于接头内表面HR3C/焊缝和焊缝/T91界面以及离外表面2.96 mm处焊缝/T91界面附近区域;von Mises等效应力峰值均位于焊缝/T91界面区域;内表面应力三轴度峰值位于焊缝/T91界面附近,而离内表面1.29 mm处和离外表面2.96 mm处的应力三轴度峰值位于T91钢侧细晶热影响区内,两部位的孔洞容易连接形成Ⅳ型蠕变裂纹。采用应力三轴度分析T91/HR3C接头T91侧细晶热影响区内蠕变孔洞扩张及裂纹扩展特性更为准确,与加速试验结果比较一致。     

钎焊接头的蠕变损伤与寿命预测

钎焊连接技术被广泛应用于航空航天、核电等领域的高效紧凑换热器制造中.高温高压工作条件下,蠕变及蠕变损伤引起的裂纹扩展是换热器中钎焊接头的主要失效方式之一.以高效紧凑换热器中常用的Incone1625/BNi-2及C276/BNi-2钎焊接头为研究对象,对其蠕变及蠕变裂纹扩展扩展行为进行了研究,获得钎焊接头的蠕变变形及裂纹扩展规律,澄清其蠕变及蠕变裂纹扩展失效机理.同时结合蠕变损伤本构模型和试验,对钎焊接头的蠕变损伤与寿命预测进行研究与综述,讨论钎焊工艺、扩散区性能及尺寸对钎焊接头蠕变裂纹扩展行为的影响规律,建立钎焊接头蠕变拘束参数,实现钎焊接头蠕变裂纹扩展行为尺寸效应的统一拘束表征,进而为基于材料-组件-装备一体化的寿命预测方法提供理论基础.     

P91／P92钢管焊接接头表面裂纹磁粉检测工艺探讨

P91／P92钢管道工厂化预制模式下,其焊接接头易产生表面裂纹,本文针对P91／P92钢焊接接头的表面裂纹的生成原因和特点,提出了工厂化预制模式下磁粉检测的解决方案。     

应用微分算法处理特种管道测厚激光超声信号

为了实现特种管道在高温、高压、辐射等特殊环境下管壁厚度的非均匀性检测,提出一种基于微分算法的管道壁厚激光超声测量及特征信号处理方法。采用脉冲激光激励和激光干涉探测的激光超声方法,实验测得管道试件的宽频带激光超声信号。采用数字平均算法对宽带激光超声信号进行去噪处理,提高原始激光超声信号的信噪比。采用微分算法对激光超声信号进行特征提取处理,得到表征管壁厚度的激光超声特征信号。根据管道材料声速和激光超声传播时间反演计算得到管道试件的壁厚值,管壁厚度测量值与实际值的误差小于5%。研究表明,基于微分算法的管道壁厚激光超声测量及特征信号处理方法具有良好的信噪比、准确的信号特征量和较高的测量精度,可用于管道壁厚的在线实时检测以及因腐蚀、应力引起的管道壁厚不均匀性检测。     

基于能量变化率的气体超声波流量计信号处理方法

针对气体超声流量计信号处理中不易找到稳定的测量特征点的问题,提出了一种基于能量变化率的过零检测信号处理方法,以及最优阈值参数的选取方法。基于能量变化率的过零检测信号处理方法首先求取能量变化率曲线上的关键阈值点,然后回溯到原始波形信号上,找到对应的过零点,并以此作为信号的稳定特征点,进而求得信号的传播时间及气体流量。在以FPGA和DSP为核心的气体超声流量计信号处理系统上实时实现了算法,并进行标定实验,实验结果验证了方法的有效性。     

相敏检波在空气耦合超声检测中的应用

空气耦合超声检测信噪比低、脉冲余振长,需要采用合适的信号处理技术增强接收信号的信噪比。根据空气耦合超声检测过程中影响接收信号的因素,提出先采用相敏检波技术对接收信号进行处理,获取相位信号,然后计算得到超声检测信息。介绍了超声检测中的超外差接收、相敏检波原理,并阐述了在超声检测应用中需注意的问题。根据分析研究结果,构建了相敏检波空气耦合超声检测系统,在常规超声检测系统的基础上进行了相应改造,实现了超声成像检测。碳纤维增强复合材料板的成像检测结果表明:相敏检波可以有效提高系统信噪比和检测效果。     

Applications of digital signal processing methods in TOF calculation of ultrasonic gas flowmeter

Ultrasonic gas flowmeters (UGFM) are extensively used in petroleum, chemical, natural gas and other fields because of their distinctive measurement advantages. As the core technology of the UGFM, digital signal processing technology determines its measurement accuracy and stability. This paper systematically reviews the signal processing methods for measuring the TOF (time of flight) based on the principle of time difference method. According to the stability of the feature information extracted by different digital signal processing methods, the advantages and disadvantages of each method are analyzed. Aiming at the problems of serious energy attenuation, weak echo signal amplitude, and low signal-to-noise ratio (SNR) when ultrasonic signal propagate in the gas, different signal processing methods are evaluated and compared from the aspects of calculation accuracy, response speed, anti-interference ability and sensitivity to parameter changes. Finally, some improvement ideas and directions for further research are proposed according to the analysis results.     

基于数学形态学的超声信号盲区内缺陷特征提取方法

利用高频聚焦超声技术检测金属材料内部缺陷时,由于超声探头存在盲区,无法对近表面的缺陷进行准确定位,从而难以对材料的性能进行有效评估。因此,提出基于数学形态学的超声信号盲区内缺陷特征提取方法。采用扁平结构元素对盲区信号进行形态滤波,在提取出缺陷的特征信号后,通过计算特征信号的累积能量,由此可以定位出缺陷的深度位置。在实测中,利用100 MHz的高频超声探头对冷轧镀锌板进行检测分析。以长度为30的扁平结构元素对超声信号做形态滤波,对距离冷轧镀锌板上表面288.5μm的缺陷进行定位,得到缺陷位置为距离上表面275.6μm,相对误差为4.5%。为进一步验证方法的有效性,与小波包分解重构方法进行比较,结果表明:利用数学形态学方法对缺陷的定位误差更小,同时还改善了超声B扫成像的效果,使得缺陷特征更加凸显。     

精密注塑制品残余应力的试验研究及其计算

注塑残余应力对精密注塑制品的力学性能和光学性能等有重要影响,是精密注塑制品质量控制的关键指标之一。为研究注塑成形过程中残余应力的发展,以丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(Acrylonitrile butadiene styrene,ABS)塑料为研究对象,对其模内蠕变行为进行试验研究。将热弹性模型计算的收缩应变与试验测量的收缩应变之间的差值定义为制件的模内蠕变,得到注塑工艺条件对模内蠕变的影响规律。在此基础上构建计算精密注塑制品残余应力的蠕变模型。模型中的材料弹性模量可由Tait方程计算得到,粘壶系数采用反演方法计算得到。利用该模型结合薄壳有限元法对ABS平板注塑件残余应力进行计算,对计算结果进行试验验证,并与普通的松弛模型计算进行比较。计算结果表明,该模型的计算精度高于普通的松弛模型,是解决精密注塑制品残余应力预测问题的新的有效方法。     

Kernel PCA and approximate pre-images to extract the closest ultrasonic arc from the scanning of indoor specular environments

In this paper, the authors firstly develop a general detailed acoustic waves propagation model validated by the comparison with different types of ultrasonic sensors and then they deal with the problem of extracting an arc from the ultrasonic scan in order to differentiate direct reflections from other spurious readings. They use a mechatronic system to scan an indoor environment, locating their scanner in front of a regular target surface. The scanning device allows the rotation of ultrasonic sensors with a view for detecting strong echoes in each pointing direction. The first echo permits to estimate the time-of-flight (TOF) and subsequently to obtain the distance covered by the sonic pulse. The scanned space is approximated as being two-dimensional and the scanner is treated as a ray-tracer placing a dot along the sensor axis at the measured distance. In case the reflected-back energy is not able to exceed the detector threshold, the dot is plotted at the appropriate maximum range value. The process of drawing a set of points relating to the closest target surface was achieved by means of the Kernel Principal Component Analysis (KPCA) that maps the original data into a higher-dimensional feature space. The obtained data were then projected into a subspace of the feature space and the approximate pre-images were calculated to extract the looked-for arc. Simple matrix algebra makes the method an efficient alternative to other techniques based on distance threshold that generally require a priori information on the explored environment. The arc permits to estimate location and orientation of the target surface with respect to the scanning device. Several tests were carried out in order to appreciate the effectiveness of the described approach and the results were compared to the outcome of other existing techniques.     

基于导波多尺度能量熵的钢绞线张拉力识别

为了有效评估在役钢绞线中预应力的损失程度,提出一种识别钢绞线张拉力的导波无损检测方法。在不同张拉力钢绞线上进行了超声导波传播数值模拟及实验,构建以导波多尺度能量熵为特征向量的识别指标进行钢绞线张拉力识别,并考虑了导波传播距离及采集方式的影响。结果表明:不同拉力作用下,导波多尺度能量熵差异显著,识别指标与钢绞线张拉力存在明显的线性关系;识别指标敏感性随导波传播距离的增加而增强,但其提升幅度随传播距离的增加而减小。与有限元模拟结果相比,实测识别指标传播距离增加957.69%,敏感性系数提高了20.3%。采用中心钢丝激励、中心钢丝接收导波的采集方式进行张拉力识别,敏感性更优;识别指标与张拉力之间的线性变化规律受导波采集方式的影响较小。     

Study on tolerance modeling of complex surface

The aim of this paper was to present a tolerance modeling method of complex features. Geometric deviation of a characteristic/feature is divided into intrinsic deviation and situation deviation based on the new generation geometrical product specification in the paper. On the basis of vector parametric representation of theoretical surface, intrinsic deviation between substitute surface and ideal surface is described by vector function. Based on 3D rigid body kinematics, homogeneous transformation matrix-based method is used to describe the situation deviation of the substitute surface relative to the reference feature in Euclidean space. An example was given using the proposed modeling method.     

基于路图拉普拉斯算子范数和马氏距离的滚动轴承故障诊断

为有效提取滚动轴承振动信号的故障特征,将图信号处理技术引入故障诊断领域。首先根据滚动轴承振动信号构造路图,获得路图信号;再将计算得到的路图拉普拉斯算子范数作为特征参数,构造不同故障的标准特征空间;最后通过测试样本与标准特征空间的马氏距离实现不同故障模式的识别。实测滚动轴承振动信号的分析结果表明,该方法能有效诊断轴承故障。