微纳米级裂纹的非线性超声检测

为了实现对金属材料中微纳米级裂纹的超声检测,建立了非线性超声检测系统,研究了超声波与金属材料中裂纹的相互作用以及超声波的畸变效应.介绍了固体中普遍存在的超声非线性现象;以金属材料中的微纳米级裂纹为例研究了裂纹与超声波相互作用产生的畸变效应;在分析超声波产生畸变的基础上,描述了超声高次谐波振幅的测量方法.最后,以金属材料...     

基于赫兹接触的板中微裂纹非线性兰姆波检测方法研究

针对金属板结构中微裂纹检测问题,进行基于二次谐波的非线性兰姆波检测方法研究。基于赫兹接触理论,进行板中二次谐波非线性兰姆波理论研究,建立板中兰姆波二次谐波与微裂纹尺寸的关系模型。进行板中微裂纹非线性兰姆波数值仿真,研究不同长度和宽度的微裂纹对兰姆波二次谐波非线性效应的影响。结果表明,随着微裂纹长度增加,二次谐波幅值呈增加趋势;随着微裂纹宽度增加,二次谐波幅值呈减小趋势。在以上研究基础上,进行板中微裂纹非线性兰姆波检测试验研究。结果表明,通过测量结构的兰姆波二次谐波非线性系数,可用于结构中微裂纹检测与定量评价。研究工作为板中微裂纹定量检测做了有益探索。     

基于非线性激光超声的微裂纹检测及定位

金属构件在加工及服役过程中,其表面及内部会产生微裂纹,外载荷作用下,微裂纹会逐渐扩展,成为影响构件安全运行的重大隐患,因而有必要对构件进行无损检测。提出一种基于非线性激光超声的微裂纹检测技术方法,通过提取激光超声波与微裂纹作用后非线性特征参数的改变量进行裂纹检测及定位。利用激光辐照构件激发超声波,根据构件时域动态响应信号重构状态空间,提出一种非线性特征参数提取方法对裂纹影响下状态空间改变量进行评估以识别裂纹,进而利用扫描激光法实现裂纹定位分析。搭建实验系统对铝合金表面不同宽度微裂纹进行检测,结果表明,所提方法能有效检测并定位构件表面微裂纹。     

非线性超声导波钢轨裂纹检测模态选取研究

不同模态对不同位置裂纹的敏感程度不同,针对裂纹检测时模态选取不准的问题,研究 50 kHz 激励下可累积二次谐波模态对、模态振型和裂纹位置的影响,提出了由 3 个指标评定的最优裂纹敏感模态选取方法( selection of optimal crack-sensitivemode, SOCSM),通过相对非线性系数 β 随裂纹生长的变化趋势评价模态对裂纹的敏感度。 为准确激励出所需模态提出了最优模态激励算法(optimal mode excitation, OME),为验证 SOCSM 法和 OME 法的有效性和准确性,以 CHN60 钢轨轨腰处裂纹为例进行了数值仿真分析以及实验验证。 结果表明,采用 OME 法能准确激励出模态组合 11 和模态组合 1;50 kHz 激励下模态组合 11 的 β 随裂纹生长单调增加,而模态组合 1 几乎没有变化,说明模态组合 11 更适合检测轨腰处的裂纹,对裂纹的微小变化非常敏感,两个模态组合均能产生可累积二次谐波,裂纹的存在会影响导波传播,即影响信号的幅值大小。     

金属板件等离子体弧柔性成形实验研究

以厚度为0．8mm的Q235扇形板、环状扇形板、矩形参考板为试件，研究了圆弧曲线扫描与直线扫描成形效果的差异及板材几何形状对成形效果的影响规律。研究结果表明，利用曲线扫描，可获取非直线展成面，直线扫描和曲线扫描的成形结果存在明显差异，曲线路径扫描是成形自由曲面的有效方法。     

基于非线性超声调制的疲劳裂纹识别方法

由于应力作用、撞击以及周期载荷等因素的影响,金属结构中不可避免地产生疲劳裂纹损伤。若结构存在边界非线性,传统的非线性调制方法将无法有效识别疲劳裂纹损伤。针对该问题,提出一种能够避免边界非线性干扰的非线性超声调制方法。该方法采用正弦脉冲信号和持续正弦信号作为激励,通过识别信号之间的非线性调制现象来进行损伤检测。分别以铝制裂纹梁和完整梁为实验对象,粘贴两个压电片作为作动器和传感器,利用短时傅里叶变换对响应信号进行时频分析,提取非线性调制信号成分,对疲劳裂纹损伤进行有效的识别。     

基于非线性输出频率响应函数的裂纹故障诊断方法研究

将非线性输出频率响应函数(nonlinear output frequency response function,NOFRF)引用到裂纹转子的故障诊断中,提出基于NOFRF的转子裂纹的故障诊断方法。该方法通过辨识不同位置、不同深度的裂纹转子的NOFRF值,对裂纹故障进行诊断,得到一些有价值的结论。实验结果表明,系统各阶NOFRF值对转子裂纹不同位置和深度的变化相当敏感,可有效辨识裂纹故障的严重程度。     

电磁超声非线性效应表征的Lyapunov指数分析方法

针对金属疲劳损伤非线性效应非接触式检测需求及其低信噪比问题,提出电磁超声方案对非线性效应进行信号拾取,并采用Duffing混沌系统实现对金属疲劳程度定量评估,进而依据相轨图和Lyapunov指数表征材料疲劳演变非线性特性。采用有限元方法分析铝合金疲劳损伤演变过程,基于材料Murnaghan模型和微裂纹等效弹簧模型,研究疲劳损伤演变过程中相对非线性系数变化规律;进而探究Duffing混沌系统对于非线性效应特征提取的抗噪能力,当信噪比在20 dB时,相对非线性系数误差为132.12%,而Lyapunov指数误差为8.82%,因而Lyapunov指数较非线性系数而言有显著的抗噪能力;此外,基于对铝合金疲劳检测进行实验研究,验证了电磁超声非线性效应Lyapunov指数表征分析方法的可行性及准确性。研究结果表明,Lyapunov指数能够有效应对电磁超声非线性检测过程中低信噪比问题,从而提升非线性特征拾取的灵敏度和可重复性,进一步增强电磁超声等非接触式超声检测方法在疲劳在线检测演变的工程应用的贡献。     

304不锈钢点蚀损伤的非线性超声表征

利用非线性超声表面波检测技术实现了对304奥氏体不锈钢点蚀损伤的无损表征。将固溶态304奥氏体不锈钢在质量分数为6.0%,10.0%,14.0%的FeCl_3溶液中,分别浸泡6,12,18h。利用OLS4000激光共聚焦显微镜对浸泡试样进行表面形貌的观察、稳态点蚀孔三维形貌以及尺寸的测量,利用RAM-5000测量超声表面波非线性系数,基于蚀孔微观形貌和尺寸变化分析点蚀损伤的非线性系数变化规律。结果表明:归一化非线性系数随超声表面波传播距离的增加而逐渐增大;表面波传播距离一定时,归一化非线性系数随浸泡时间的延长和溶液质量分数的升高而单调递增。超声波与点蚀引起的材料不连续界面相互作用,造成界面间的应力-应变非线性效应,且非线性效应随点蚀损伤的加剧被累积,这一结论对奥氏体不锈钢点蚀研究具有较大的参考价值。     

激光冲击对金属板料裂纹的影响模型

研究了含有裂纹的金属板料在激光冲击波载荷作用下裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展速度的变化,利用断裂力学理论,对激光冲击加载下裂尖参数计算模型进行优化,采用应力强度因子叠加法,将外加载荷引起的应力强度因子和激光冲击后残留的残余压应力引起的应力强度因子叠加,推导出下裂纹尖端应力场强度因子表达式,由此可精确计算出金属板料的裂纹萌生寿命和裂纹扩展速度,实验验证了航空钛合金Ti6Al4V激光冲击后残余应力对裂纹扩展速度的影响,从而建立了激光冲击作用对板料裂纹扩展的影响的理论模型。     

基于BP神经网络的超声表面波定量表征金属表层裂纹深度研究

针对超声参量-目标特征经验拟合方法预测金属表层裂纹深度准确性不高的问题,提出一种基于差异性与最小集合原则优选特征并训练BP神经网络的金属表层裂纹深度的声表面波(SAW)定量表征技术。该技术运用有限元法模拟激光激发SAW过程,提取裂纹引起的反射与透射SAW峰值、平均值等多个特征训练BP神经网络用以预测裂纹深度,实现不锈钢表层深度0. 1～2. 0 mm的20组开口裂纹定量表征。模拟结果表明:裂纹深度预测结果相对误差在3%以内,与经验拟合曲线预测结果相比,准确率提高60%以上。实验采用5 MHz表面波探头采集不锈钢试样表层深度1. 0与1. 5 mm预加工裂纹各20个反射波信号,通过BP神经网络预测的裂纹深度相对误差在0. 1%以内,验证了定量表征技术的可行性与准确性。     

钢板表面微裂纹的超声锁相热像检测技术研究

为了提高超声锁相热像技术(ULT)的检测效率并获得最佳检测结果,对超声波调制、热图序列处理和检测参数选择进行了研究。阐述了超声锁相热像技术的检测原理,进行了理论分析;建立了ULT的检测系统,采用幅值方波调制的超声波对试件进行激励,利用红外热像仪记录热图,通过锁相处理得到试件表面热波的相位图和幅值图,利用幅值图和相位图实现钢板表面微裂纹的检测。结果表明：对于A3钢板材料,调制频率选择0.5Hz,接触压力仅需保证激励试件时激励头与试件接触不脱离,约0.25kN,激励头与表面微裂纹的距离对检测结果几乎无影响,激励位置可根据试件结构而确定。研制的超声激励装置组成的检测系统可数秒内即可完成对钢板表面微裂纹（微米级）的准确检测。     

ECKOLD世界性的金属板件成型与连接专家

欢迎莅临ECKOLD公司在CIMT2005的展台:4号馆:4-310Eckold连接技术实例:这种创造性的新奇金属板件连接技术具有诸多优点:成本低,无热能作用于工件,无需预先或事后处理,适用于涂层或喷涂的板件,容易控制质量。这种连接是通过局部冷成型加工进行的,无需附加材料或紧固件。最近几年     

基于Lyapunov指数的非线性Lamb波的微裂纹检测

为了提高在背景噪声干扰下非线性Lamb对于结构微裂纹的检测精度,提出了利用Duffing振子和Lya-punov指数对噪声干扰下的非线性Lamb波特征进行增强与量化分析的方法。首先,采用了庞加莱图确定Duffing系统外策动力参数;其次,将周期延拓滤波后的非线性Lamb波输入调整好的Duffing系统中,对系统输出时间序列进行相空间重构,计算出相应的最大Lyapunov指数。通过多个模型数据的仿真分析结果表明,即使在噪声干扰情况下,Lyapunov指数与裂纹大小也存在着良好的线性关系。该方法对噪声干扰下的微裂纹缺陷识别具有明显的优势,对提高非线性Lamb波的检测灵敏度具有重要意义。     

ECKOLD世界性的金属板件成型与连接专家

欢迎莅临ECKOLD公司在CIMT2005的展台：4号馆：4-310     

非线性超声技术表征金属和有机材料塑性损伤的对比试验研究

非线性超声信号对材料微观组织演化非常敏感,可用于材料早期服役损伤的检测与表征。基于非线性超声纵波信号测量,研究纯铜和有机高分子材料PMMA的超声非线性参量随着材料塑性损伤程度的变化关系。试验结果表明,随着塑性应变的增加,纯铜的超声非线性参量随着变形量的增加而显著增大,而PMMA材料的超声非线性参量几乎不变。利用扫描电子显微镜与透射电子显微镜分别对两种材料进行微观组织观察,发现纯铜在塑性变形过程中位错密度逐渐增加,这可能是导致超声非线性参数增大的主要因素。无位错结构的PMMA材料在塑性变形过程中仅发生了高分子链段的变化,而非线性超声信号对此却不太敏感。从试验结果可以看出,材料损伤过程中位错结构的演化能引起非线性超声信号的显著变化。     

精密模具微裂纹问题的解决方法

一批用于摩托车发动机、各型电动机生产的压铸模，其材质为SKD61(4Cr5MoV1Si)，在使用前发现微裂纹，其裂纹长度达1～3mm，大大地减少了模具使用寿命。为此，经多次试验，我们制定出低温气体氮碳共渗后再随炉降温的新工艺。经几十炉次、几十套模具的试验证明，该工艺能够解决模具经常规低温气体氮碳共渗后造成的微裂纹。     

避免钣金弯曲件裂纹的工艺研究

通过对钣金弯曲件裂纹产生原因的工艺分析,提出了有效、切实可行的解决措施。     

典型构件疲劳微裂纹全寿命预测方法研究

基于损伤力学理论建立金属疲劳裂纹损伤模型,结合有限元法预估疲劳微裂纹萌生及扩展全寿命。引入附加载荷法,实现了对刚度矩阵的连续计算,应用Matlab编程计算,通过对单个单元的损伤计算,得到了单元从无损到破坏过程中等效应力的变化,进而给出疲劳裂纹损伤模型,并对不同规格金属试件的疲劳寿命预估。将计算结果与试验结果进行对比,得到的相对误差在接受范围内,验证了该模型的准确性,对于研究金属试件微观损伤以及疲劳寿命预估具有重要的参考意义。     

基于非线性输出频率响应函数的斜裂纹转子故障诊断方法研究

以斜裂纹为研究对象,将非线性输出频率响应函数(Nonlinear output frequency response function,NOFRF)应用到含有斜裂纹转子系统的故障诊断中。对比分析了斜裂纹不同倾角,不同裂纹深度和不同裂纹位置下的NOFRF值的变化情况,得到了具有一定价值的结论。实验结果表明,系统的NOFRF值对裂纹的不同倾角、裂纹的不同位置和裂纹深度的变化相当的敏感。因此,根据系统的NOFRF值的变化情况,可以有效监测转子系统中的斜裂纹故障。