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。     

非线性超声理论在金属基复合材料结构应力检测中的应用

金属基复合材料结构是金属层与非金属层多层粘接而成的复合结构,非金属层的应力行为主要体现在粘接面上,利用应力一时延模型测量应力,非金属层的深层反射回波信号非常微弱,给各层信号的识别存在极大的困难,不能准确估计时间延迟.文中从非线性超声理论出发,提出运用非线性超声的二次谐波非线性系数进行非金属层应力检测,实验结果表明非线性系数可以表征应力.     

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...     

金属材料力学性能退化非线性超声检测实验系统优化

材料早期力学性能退化总是伴随着某种形式的材料非线性力学行为,从而引起超声波传播的非线性,即高频谐波的产生.查超声非线性系数非常小,易被测量系统的非线性干扰淹没.通过实验仪器的选择和夹具的设计,改进了一套非线性超声测试实验系统.在相同条件下测得同一试件在不同输入电压下的二次谐波幅值和基波幅值平方近似线性关系,表明实验系统是可靠的.利用该系统进行了一组LY12铝合金拉伸试件非线性超声检测实验.在塑性阶段,随着拉伸应力的增大超声非线性系数显著增加.实验结果表明,超声非线性系数可以表征金属材料的力学性能退化程度.     

金属材料拉伸性能的确切表述

找出了金属材料拉伸试验时体积变化规律。依此推导出金属在不同变形阶段伸长与收缩之间的关系。指出金属拉伸时应由真实全应变取代真应变才能真实反应缩颈后的形变强化特性。绘出了校正后的真应力应变曲线。     

股骨头松质骨纵向拉伸应力松驰实验研究

本文叙述了研究正常国人新鲜尸体股骨头松质骨的拉伸粘弹性力学性质。对股骨头松质骨纵向试样进行拉伸应力松驰实验。得出了股骨头松质骨纵向的应力松驰数据和曲线。对实验数据进行归一化处理，用对数一元回归分析的方法处理数据，得出了归一化应力松驰函数及曲线。     

股骨下端松质骨横向拉伸应力松弛方程

研究了股骨下端松质骨的粘弹性力学性质。对股骨下端松质骨横向进行了横向拉伸应力松驰实验,得出了股骨下端松质骨横向拉伸应力松弛数据和曲线。用三参数模型处理实验数据,得出了股骨下端松质骨横向拉伸应力松驰方程及曲线,并对实验结果进行了分析讨论。     

股骨下端松质骨横向拉伸应力松弛方程

研究了股骨下端松质骨的粘弹性力学性质.对股骨下端松质骨横向进行了横向拉伸应力松驰实验,得出了股骨下端松质骨横向拉伸应力松弛数据和曲线.用三参数模型处理实验数据,得出了股骨下端松质骨横向拉伸应力松驰方程及曲线,并对实验结果进行了分析讨论.     

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。     

基于相位-频率测量的材料残余应力超声表征方法*

针对材料中残余应力无损检测的问题,提出一种基于相位-频率关系测量超声信号传播时间的方法,并以声弹性理论为基础,采用纵波和横波相结合的测量模式,建立残余应力的超声测量方法。该超声测量方法应用于焊接接头的残余应力测量,不仅能够表征两轴方向上的残余应力,而且还适用于短距离声时的精确测量,测量精度达到9 mm试样距离上0.3 ns的分辨率(加载应力为20 MPa)。制作16Mn钢材料的焊接接头,并采用所提出的超声测量方法对焊接接头的残余应力分布进行测量。同时,采用理论计算、X射线衍射技术等分别对16Mn钢材料的声弹性参数及焊接接头残余应力分布进行验证测量。研究结果表明基于相位-频率精确测量声时的残余应力超声测量方法具有较高的应力分辨率和较好的测量稳定性,可适用于焊接接头两轴方向上的残余应力表征。     

用于分层制造的超声波多层焊接开裂问题研究

对应用于分层制造的多层金属板材超声波焊接的开裂问题进行了试验研究和理论分析,并找出了开裂的根本原因:①存在焊接缺陷;②摩擦剪切应力、抗形变内应力和疲劳效应的共同作用.     

金属带材压力加工中张力控制系统的探究

主要分析了一种较新的张力控制系统——复合张力控制系统,即将普通的直接张力控制和间接张力控制方法结合在一起,分阶段进行张力调节,起到了很好的控制作用。     

聚苯酯填充聚四氟乙烯基超声电机转子摩擦材料性能研究

制备聚苯酯填充聚四氟乙烯基超声电机转子摩擦材料,探讨聚苯酯含量对聚四氟乙烯基摩擦材料力学和摩擦学性能以及对应超声电机性能的影响。结果表明:聚苯酯能够提高PTFE复合材料的硬度和弹性模量;随着聚苯酯含量的增加,复合材料的摩擦因数和磨损量均先减小后增大,在本文研究范围内,当聚苯脂质量分数为5%时,复合材料的摩擦因数最小,磨损量最低,且使用该复合材料时超声电机的堵转力矩和空载转速均较高,综合性能较优。     

纳米ZrO2陶瓷超声振动磨削表面残余应力试验研究

采用超声振动磨削和普通磨削方式,利用X射线衍射分析仪,对纳米氧化锆陶瓷表面残余应力进行了研究.实验结果表明,纳米氧化锆陶瓷磨削表面产生的残余应力都表现为压应力;随着磨削深度的增加,超声振动磨削表面残余应力减小趋势较缓;磨削表面残余应力随着磨粒的增大呈上升趋势,且普通磨削表面残余应力上升的趋势较超声振动磨削的要快.     

超声键合系统接触界面非线性振动

为了提高超声键合换能系统的键合强度,降低换能系统的非线性振动,提高芯片键合的稳定性,本文从超声波在超声键合系统中的传播出发,建立了超声波在接触界面处传播的微观模型.当静应力较小时,由于动应力的作用,动应力幅度大于静应力,两种材料接触界面会发生分离,使输出的超声波不完整,材料内部质点振动位移较小;当静应力逐渐增大时,材料进入弹性变形阶段,输出的超声波波形与输入的超声波的波形一致,质点的振动位移最大;当静应力太大时,材料进入塑性变形区域,由于动应力的加载与卸载,应力与应变存在迟滞性,材料内部存在残余应力与残余应变,材料出现硬化现象,使输出超声波波形发生畸变,材料内部质点的振动位移减小.在倒装键合平台上进行了该模型的键合试验,使用多普勒测振仪,测量得到劈刀末端的振动速度,键合完成后测试了芯片键合强度.试验结果证明了该模型的正确性.     

超声铣削复合材料应力场分析与试验研究

为解决复合材料难加工问题,本文采用超声铣削和普通铣削加工方法对复合材料进行试验研究。试验结果表明,在超声加工条件下,由于外加的周期性振动使铣削力大大减小,使得已加工表面产生较小的应力场,则纤维束和碳基体交界处微裂纹扩张速度减慢和分层不明显;而在普通加工条件下,由于产生较大的铣削力,则纤维束和基体交界处裂纹扩展迅速,且分层也十分明显,工件表面纹理质量很差。     

金属材料超声表面强化技术的研究与应用进展

简要回顾几种传统的表面机械强化技术及其特点。对近年来得到迅速发展和应用的金属材料超声表面强化技术进行介绍和评述。这包括超声冲击处理技术、超声喷丸强化技术和超声深滚强化与滚光技术。介绍以上几种技术在国内外的研发和应用的历史和现状,对比几种技术在不同应用中的特点与限制,并与传统的表面机械强化技术进行比较。展望金属材料超声表面强化技术的发展与应用前景。在总结归纳的基础上,从强化机理、强化工艺、工程应用和技术规范等方面提出金属材料超声表面强化技术的研究和应用发展建议。为相关技术领域的研究机构、研究人员和工程应用单位提供有关金属材料超声表面强化的较为全面的信息。