基于双光源法的直裂纹深度定量检测数值模拟研究

围绕表面裂纹的深度检测,采用数值模拟方法对比了双光源下表面检测法和上表面检测法.结果表明,采用双光源检测法时,探针作用于上下表面均可对裂纹深度进行探测.对比两种检测手段,下表面检测法更易实现.针对深度为0.5 mm～2.5 mm的缺陷检测,下表面检测法的误差最高达到25.1%,而上表面检测法的裂纹深度测量误差均在2.5%以内,检测精度更高.     

含纵向裂纹斜接弯管在内压作用下极限载荷的研究

应用三维有限元方法分析在内压作用下含纵向裂纹斜接弯管的极限载荷。采用数值模拟的方法,研究含裂纹结构的极限承载能力。创建了斜接弯管及纵向裂纹的有限元模型,对内压作用下影响这种含缺陷结构极限载荷的因素进行了研究,分析了弯管形状参数、裂纹形状参数对结构极限载荷的影响。经总结含纵向裂纹斜接弯管的极限载荷随形状参数的变化规律,可知:各形状参数存在临界值,超过该值结构的极限载荷会显著下降。     

基于高阶有限元方法的裂纹斜梁振动特性分析

裂纹结构的动力学建模和仿真是裂纹故障定量识别的前提和基础.为建立高效而精确的裂纹斜梁动力学辨识模型,采用具有正交特性的勒让德正交多项式作为梁横向位移场的附加高阶形函数,推导出了具有解析形式的斜梁单元刚度矩阵和质量矩阵,同时利用断裂力学和能量原理得到了裂纹单元的刚度方程,并建立了含裂纹斜梁的高阶有限元动力分析模型.数值算例表明该方法在计算效率和精度方面均有良好的表现,为斜梁的裂纹识别提供了有效的计算方法.     

金属表面裂纹脉冲压缩增强型激光超声检测方法研究

为了提高激光超声技术检测能力,提出了一种基于脉冲压缩的增强型激光超声检测方法,并将其用于金属表面裂纹检测。该方法结合激光束空间分布调控技术,激发线性调频超声表面波信号,进一步利用匹配滤波算法对线性调频激光超声表面波信号进行脉冲压缩,可大幅度提高激光超声检测信号的信噪比和分辨率。建立空间调制激光超声数值计算模型,研究线性调频激光超声信号激励方法;基于数值模拟获得的线性调频激光超声检测信号,开发基于匹配滤波器的激光超声脉冲压缩信号处理方法;通过数值模拟不同表面裂纹缺陷与不同空间调制情况下的脉冲压缩信号效果,探究该方法对于激光超声检测信号信噪比的增强能力,并最终通过试验验证。结论表明,基于脉冲压缩技术的增强型激光超声检测方法,可以大幅度抑制噪声信号,提高针对金属表面裂纹的缺陷检测能力,解决激光超声无损检测信噪比低,灵敏度差的问题,也为该方法进一步研究提供理论依据和试验指导。     

直裂纹和45°斜裂纹转子系统动力特性对比

对于转子系统,转轴上带有斜裂纹或直裂纹,系统的响应会有一些不同,这些不同是由于直斜裂纹对转轴刚度的不同影响引起的.分析了裂纹深度对直斜裂纹转子的刚度和稳态响应的影响;同时还讨论了速度的变化对直斜裂纹转子的稳态响应的影响.最后实验研究了随速度增长直斜裂纹转子系统的稳态响应.研究结果表明,实验测得的工频分量与二倍频分量的变化趋势与计算结果相符.     

基于一维卷积神经网络的超声导波管道裂纹识别方法

在船舶运输、石油化工等需要广泛使用各类型管道的行业中,管道的结构健康监测(structural health monitoring, SHM)对于工业系统的安全稳定运行意义重大。在基于超声导波的管道裂纹等级识别方面,建立了一个与实际管道基本一致的有限元模型,通过添加噪声的方式合成了更接近实际检测的导波数据。基于包含不同管道裂纹等级的有限元仿真数据库,提出了一种基于多尺度一维卷积神经网络(multi-scale one dimensional convolution neural network, MS-1DCNN)的管道裂纹等级识别模型,该模型以端到端的方法,将原始波形信号直接作为输入,无需专门设计信号降噪及特征提取算法。试验结果表明,该模型相较于传统机器学习方法在噪声环境下对管道裂纹等级的识别具有较高精度,并通过实物管道试验,验证了该模型在管道结构健康监测中的有效性。     

压缩载荷下闭合斜裂纹的分支裂纹渐近扩展分析

采用滑动裂纹模型并结合现有张开斜裂纹的I 型分支裂纹扩展特性的研究成果,研究了闭合斜裂纹的I型分支裂纹的渐近扩展特点,结果表明：1) 闭合斜裂纹的I 型分支裂纹路径的渐近线为平行于最大主应力的一条直线,并得出了渐近线方程;和张开斜裂纹的翼型裂纹不同,闭合斜裂纹的翼型裂纹路径的渐近线不一定过初始裂纹中心点,该渐近线位置与初始裂纹面的摩擦系数、初始裂纹长度及初始裂纹角有关;2) 闭合斜裂纹的I 型分支裂纹的扩展路径可以近似采用双曲线描述,并得出了描述I 型分支裂纹扩展路径的方程.采用ABAQUS 二次开发对闭合斜裂纹的分支裂纹的扩展过程进行了数值模拟,并采用数值模拟和现有试验相结合的方法验证了以上结论的正确性.     

基于交变磁场测量技术的裂纹缺陷定量检测仿真分析与实验研究

裂纹缺陷的定量评估是无损检测的一项重要研究内容,本文采用交变磁场测量技术对平板裂纹缺陷进行了检测.在分析交变磁场测量技术原理的基础上,首先在大型电磁仿真软件AN SY S中建立了交变磁场测量模型,包括三组不同参数的裂纹缺陷和检测线圈相互垂直的两种传感器模型,然后用这两种传感器分别对不同缺陷进行了检测,研究了裂纹长度、深度和宽度变化对水平方向和垂直方向检测电压的影响规律,提取出了对长度和深度进行定量的特征量.最后,采用实验的方法对仿真结果进行了验证,实验结果的规律与仿真结论相一致,证明了仿真结果的正确性.从而为裂纹缺陷在实际中的检测和定量提供了借鉴.     

脉冲涡流无损检测技术对不同截面形状裂纹的定量检测研究

脉冲涡流无损检测技术对矩形截面形状的裂纹具有良好的定量检测能力,但是,实际检测过程中遇到的裂纹缺陷的形状非常复杂,本文在前期工作的基础上,进一步研究了脉冲涡流对其它截面形状裂纹的定量检测问题,实验结果表明以前针对矩形裂纹的方法也完全适用于其它截面形状裂纹的定量检测。     

直裂纹和45°斜裂纹转子系统动力特性对比

对于转子系统,转轴上带有斜裂纹或直裂纹,系统的响应会有一些不同,这些不同是由于直斜裂纹对转轴刚度的不同影响引起的。分析了裂纹深度对直斜裂纹转子的刚度和稳态响应的影响;同时还讨论了速度的变化对直斜裂纹转子的稳态响应的影响。最后实验研究了随速度增长直斜裂纹转子系统的稳态响应。研究结果表明,实验测得的工频分量与二倍频分量的变化趋势与计算结果相符。     

圆柱类金属构件表面裂纹的激光超声识别方法研究

为了利用激光超声技术有效地识别圆柱表面裂纹,提出利用圆柱表面波信号增强和小波包-奇异值分解(WPT-SVD)方法识别圆柱类金属构件表面裂纹的位置和深度。建立了圆柱的激光超声显式有限元模型,分析了圆柱表面裂纹对表面波的模式转化作用。利用圆柱表面裂纹在激发源位置附近时激光超声扫描信号增强的现象,识别圆柱表面裂纹的位置。在已识别圆柱表面裂纹位置的基础上,通过分析圆柱表面裂纹检测信号的时频特点,利用WPT-SVD提取圆柱表面信号的时频特征,定义参数k r表征裂纹深度的变化,识别圆柱表面裂纹深度。搭建了激光超声圆柱表面裂纹检测实验系统,开展了实验研究,实验结果表明所提出的圆柱表面信号增强和WPT-SVD方法可以识别出圆柱表面裂纹的位置和深度。     

铸件裂纹产生原因分析

通过断口分析、化学成分分析和金相检验等方法,对铸件在加工中出现裂纹的原因进行了分析;通过仿真试验,分析了裂纹在后续使用中对安全性的影响。结果表明:裂纹产生的原因是铸件本身存在缺陷以及成型模具拐角设计存在问题。最后提出了相应的改进措施。     

直斜裂纹转轴的时变刚度特性研究*

本文采用有限元方法建立了裂纹转子系统的动力学方程,利用应变能释放率方法得到了裂纹单元的刚度矩阵,采用应力强度因子为零法模拟裂纹的呼吸效应,详细研究了不同深度的直裂纹和45°斜裂纹转子,在一个稳态旋转周期内,裂纹开闭规律以及转轴刚度时变特性。研究表明裂纹深度的增大使裂纹转轴的刚度变化增大,直裂纹与斜裂纹转轴的刚度变化特性具有明显差异,斜裂纹引起更多与更强的耦合振动,使转子的动力学性能更复杂。     

用变频扫描励磁方法定量检测裂纹

目的 实现对疵病的定量检测和对材料的定性检测。方法 通过改变磁场交变频率从而引致导体中的涡流发生变化,来观测工件材料的疵病。结果 实验证明文该方法对于提高检测精度是有效的。结论 用变频扫描励磁方法进行裂纹定量检测可提高检测的可靠性。     

空气耦合斜入射非线性检测方法研究

针对金属板结构微观缺陷难以检测的问题,提出一种基于空气耦合超声斜入射非线性微观缺陷的检测方法.首先通过数值分析的方法分别对垂直入射钢板与斜入射钢板时的透射率进行对比,并对3?mm厚钢板进行不同入射角的透射率对比试验.试验证明在斜入射条件下,超声波在钢板中因发生模态转换导致透射率增大.其次,利用空气耦合激励斜入射方法,对...     

最优时间延迟超声回波补偿的微磁裂纹定量计算研究

微磁裂纹信号幅值依赖于裂纹大小和裂纹深度,二者耦合对裂纹的识别计算带来较大的困难。首先运用超声回波的相位延迟技术进行裂纹的深度精确定位和形状初判,然后以此深度和形状信息对微磁信号有限元模型进行修正,解决微磁计算模型的盲搜索问题,实现裂纹的量化计算,进一步改进微磁三维成像技术,最后通过对某机翼裂纹进行成功的识别和定位,证明本方法的有效性。     

疲劳微裂纹的非线性兰姆波静态分量检测研究

为定量表征板状金属结构中的疲劳微裂纹扩展状态,采用非线性超声兰姆波静态分量方法,对含不同长度疲劳微裂纹的金属结构进行检测。实验采用低频超声换能器间接接收非线性兰姆波静态分量信号并进行时频域分析,获得非线性参数随微裂纹长度的变化趋势,并分析不同模式基频兰姆波生成的静态分量对疲劳微裂纹的敏感性。通过仿真模拟进一步分析非线性兰姆波静态分量的生成机制。结果表明：微裂纹的张开和闭合对兰姆波起调制作用,引起静态分量的生成;非线性参数随疲劳微裂纹扩展单调增加,S3和S1模式基频兰姆波生成静态分量的非线性参数分别增长到313%和201%;S3模式基频兰姆波生成的静态分量对疲劳微裂纹扩展相比S1模式更加敏感。该研究可证明采用非线性兰姆波静态分量方法检测金属结构疲劳微裂纹的有效性。     

基于超声红外热波技术的再制造零件裂纹检测研究现状

再制造是制造的延续,再制造零件由涂覆层和已经服役过的基体组成,异质材料体系的添加以及二次服役使得再制造零件的安全面临巨大的挑战,辨识及表征再制造零件缺陷是再制造零件服役安全评价的重要难题。超声红外热波检测技术利用超声激励产生能量转化和热传导原理,通过采集材料表面和近表面的红外热图对缺陷结构进行反演表征,是热学无损检测技术中非常重要的研究方向。然而,由于涂层的存在,将红外热波技术用于再制造零件裂纹的评价表征也面临着新的理论难题。基于此,本文系统分析了再制造零件的特点,总结了超声红外热波的检测机理,详细综述了低频超声振动能量与裂纹缺陷耦合生热机制研究现状,其中,摩擦生热机制得到了较多的理论支持和试验验证。同时,概述了内部热异常信号向表面瞬态传导的规律。通过对多种超声红外热波的辨识理论的应用,可实现表面异常热波的辨识及准确表征的协同提升。最后,对表面裂纹、界面裂纹及基体裂纹检测的研究现状进行概述,并总结了超声红外热波技术在再制造零件缺陷检测方面的应用和亟待解决的问题。     

基于超声层析成像的钢坯内部缺陷检测技术研究

为实现对钢坯内部缺陷形态的准确检测,提出一种基于先验知识的超声层析成像方法。首先,阐述了融合先验知识的超声层析成像原理,利用最短路径射线追踪方法实现超声层析成像改进;然后,通过有限元仿真分析验证了该方法的可行性,讨论分析了采集方案,确定了相关检测参数;最后,搭建了实验检测系统,开展相关验证实验。通过对含缺陷分布的成像结果图进行处理分析,结果表明:对于单孔洞缺陷试块的孔洞轮廓面积相对误差为2.84%,位置误差较小;对于双孔洞缺陷试块的相对误差为5.45%,其中远离发射探头的孔洞存在较大的位置误差。该方法为超声层析成像技术的应用提供了一种思路和方法。     

表面裂纹的激光超声可视化兰姆波检测研究

兰姆波在板材的缺陷检测中具有重要的地位,但兰姆波在裂纹检测过程的可视化实验研究较少。通过激光超声可视化技术,观察了激光激励出的宽频兰姆波在0.4 mm深、0.2 mm宽的裂纹上的反射和透射现象;并利用带通滤波技术,研究了不同中心频率的兰姆波在裂纹上的散射特性。结果发现:兰姆波在裂纹上发生了模态转换现象,出现了传播速度较快的兰姆波模态;并随着兰姆波频率的增加,反射兰姆波的能量增强。该研究为板中裂纹的兰姆波检测提供了实验参考。