微裂纹检测与定位的非线性超声仿真分析

金属浅表层的微裂纹直接影响金属的性能和使用寿命,非线性超声检测方法对于浅表层微缺陷检测有较好的效果。本文针对钢材浅表层微缺陷检测和定位问题,通过有限元仿真的方式研究裂纹检测与定位的非线性超声规律。在有限元仿真软件COMSOL Multiphsics中建立包含表层裂纹的二维混频表面波检测模型,研究超声波与钢材表层裂纹引起的非线性效应,总结缺陷尺寸与边频信号振幅的变化关系,采用基于时频分析的异侧混频激励方案研究裂纹的定位。仿真结果表明,当金属表面存在裂纹时,检测点接收的回波信号中将出现和频及差频信号;边频信号的信号强度随着裂纹宽度增大而增强,随着检测距离的增大而衰减,随着裂纹深度增加呈现先增后减趋势;通过时频分析实现了表面裂纹的定位。采用激励频率分别为0.5 MHz和0.8MHz、基频幅值均为10^-5m的超声信号能够满足浅表面裂纹检测需求,实现浅表面深度为0.2～2 mm、宽度为5～30μm的裂纹检测,定位准确率为88%。研究结果为钢材浅表层微缺陷的非线性混频超声检测和定位提供了参考依据。     

在役球罐焊缝微裂纹检测方法探讨

本文通过比较各种常规无损检测方法（ＶＴ、ＭＹ、ＰＴ、ＵＴ、ＲＴ）对裂纹检出的优势和局限，阐述了对球罐焊缝裂纹的检测应综合运用各种检测方法，相互取长补短的观点。实际工作的检验实例及分析中又进一步验证了这一论点。     

用手动超声波探伤对钢套管的微裂纹检测

通过手动超声波探伤对钢套管的微裂纹进行有效检测，并解剖实物，以指导生产工艺改进，杜绝微裂纹的发生。     

非线性超声检测方法及应用

为保证构件的安全使用,需要建立可靠的、定量的材料无损评价和表征技术。利用超声波传播的非线性特性,可以解决一些线性超声检测技术难以解决的问题。研究发现,非线性超声检测方法在闭合裂纹检测、粘接结构粘接强度评价、力学性能退化评估等方面显示出了线性超声检测无法比拟的优点。     

偏振激光散射检测单晶硅片磨削后的亚表面微裂纹

单晶硅片在磨削过程中会不可避免地产生亚表面微裂纹损伤。采用偏振激光散射检测方式对单晶硅片亚表面微裂纹损伤进行无损检测,得到其对应的检测信号强度,再利用有损检测方式对单晶硅片亚表面微裂纹损伤体积密度进行定量测定,建立检测信号强度与体积密度之间的对应关系并进行试验验证。结果表明:采用偏振激光散射检测方式得到的硅片亚表面微裂纹体积密度与有损检测方式的比较,其相对误差在10%以内;在不影响生产效率的前提下,偏振激光散射检测方式能无损、准确、快速地检测硅片的亚表面微裂纹。      

热超声技术在裂纹检测中的应用

材料表面和表面下浅层裂纹的检测对金属承力结构十分重要。热超声是一种新型的无损检测技术。该技术使用超声能量激励材料裂纹并用红外热像仪探测该裂纹。对飞机前起落架旋转臂试件进行的多次试验，证明此方法对金属裂纹的检测是有效的。     

复杂结构焊缝的非线性超声检测方法

振动声调制技术是一种新出现非线性超声无损检测方法. 文中简要介绍了此技术的检测原理,并对其在复杂结构焊缝质量检测中的应用进行了初步研究. 制作了小径管座角焊缝试样,分别在单频激励和扫频激励条件下进行检测. 结果表明,缺陷试样的调制强度均高于参考试样,且在特定高频频率范围内,二者差别显著,更有利于焊缝质量判别. 而采用扫频技术可快速得到合适的高频频率范围,提高检测效率. 与超声C扫描检测结果相比,采用振动声调制技术对小径管座角焊缝进行检测是可行的,但缺陷的定位定量分析等问题还需要进一步研究.     

基于瞬态A_r方程的非线性涡流无损评价数值模拟

就一简化的三维磁性材料数值计算模型,对其非线性涡流信号进行了数值模拟试验。基于变形磁矢量位(Ar)低频涡流场的控制方程改良并开发了用于计算非线性涡流检测信号的数值模拟程序,得出非线性涡流检测信号与磁性材料因塑性变形而产生的磁导率变化之间的相关性,开发了非线性涡流信号数值模拟程序,利用开发的数值模拟程序计算非线性涡流检测信号,采用不同初始磁导率等效模拟试件不同塑性变形程度,得出了模拟信号的谐波幅值与塑性变形的关联性。对比非线性涡流数值模拟结果和试验检测结果,证明了塑性变形导致的磁导率变化是非线性涡流检测信号变化的直接诱因。     

有机玻璃表面微裂纹的超声检测

本文对有机玻璃表面微裂纹的检测方法进行了探讨，提出了一种简单实用的检测方法，通过实验证明了该方法切实可行。     

板中垂直于表面裂纹超声检测的有限元模拟

建立了无限长板的具有吸收边界的二维平面应变有限元模型，对板中垂直于表面裂纹的超声无损检测进行了模拟。通过对纵、横波的分离和在全波场中对散射波的分离，清晰地显示了裂纹对脉冲超声波的散射和复杂的模式转换。模拟结果以波场快照形式给出，将有助于理解裂纹对超声波的影响，进而优化对此类裂纹的检测。     

On-line monitoring of fatigue cracks using ultrasonic surface waves

During the last decade many techniques were developed to detect fatigue cracks, and estimate their location and size. Unfortunately, most of the currently available nondestructive testing methods are off-line: the operational (or fatigue) loading and the inspection are considered as two distinct stages. Mostly, the loading should be released before inspection can take place, and sometimes the device under test even has to be disassembled. In this article, an experimental methodology based on ultrasonic surface waves will be developed to continuously inspect a structure during its operation. The proposed method uses spectral information of transmitted surface waves at several working points of the operational load. Simple statistical indicators of the transmitted wave energy during loading are introduced in order to be able to monitor the structural health on-line. As a validation experiment, a propagating fatigue crack in a sinusoidally loaded beam will be considered. In addition, a comparison with an off-line method is made, showing that the on-line method is also much more sensitive.     

微尺度铸件充型过程的数值模拟

修正了传统Navier-Stoke方程,并利用该方程和Fluent软件对Zn-4Al合金充填微齿轮铸件的充型过程进行数值模拟.结果表明:在运动惯性的作用下,Zn-4Al合金在进入微齿轮型腔后途径齿轮盘部位时,合金并未横向扩展,而是保持入射状态首先填充对面的齿轮轴,撞击型腔壁后,产生二次压头,然后再向齿轮外围的各齿部位反充;型腔内气体被高速运动的金属液搅拌和切割,形成许多微气泡,然后被带入主流区,从排气道排除.     

矿柱岩爆过程声发射的数值模拟

由损伤力学理论与微元强度统计理论，得到了岩石声发射参数与损伤参量的关系。应用自行开发的RFPA^2D程序对矿柱岩爆的物理过程进行了数值模拟，其结果再现了矿柱岩石微破裂诱致宏观破裂的演化过程以及和微破裂相关的声发射事件源的空间分布特征和事件序列特征。特别是考虑到材料非均匀性的影响，分析了不同粒度材料的模型产生不同岩爆模式的原因。同时研究了岩爆发生过程“平静期”和“损伤愈合”的特性以及在大的岩爆前有较小的声发射这种前兆出现的规律。     

Numerical evaluation of the ill-posedness of eddy current problems to size real cracks

This study evaluates whether or not eddy current testing is applicable to the sizing of cracks that appear in a general structure. Two 10 mm thick specimens with artificial stress corrosion cracking are prepared, eddy current testing is performed to gather eddy current signals that result from cracking, and numerical inversions are performed to evaluate the maximum depths of the cracking. The inversions estimate the depths of the cracks are 0.8 and 1.6 mm. Although the simulated signals agree well with the measured ones, destructive tests reveal that the true depths are 1.27 and 2.58 mm. Another numerical simulation is conducted to discuss the ill-posedness of the inverse problem of sizing crack depths from eddy current signals. The simulation simply models a crack as a rectangular region with a constant length and uniform conductivity inside and calculates the eddy current signals of 1024 cracks having variety of depths, widths, and conductivities. Analyzing the results of the simulation reveal that information contained in conventional single-frequency eddy current tests is not sufficient to size conductive cracks in a general sense.     

2D finite element modeling of the non-collinear mixing method for detection and characterization of closed cracks

The non-collinear mixing technique is applied for detection and characterization of closed cracks. The method is based on the nonlinear interaction of two shear waves generated with an oblique incidence, which leads to the scattering of a longitudinal wave. A Finite Element model is used to demonstrate its application to a closed crack. Contact acoustic nonlinearity is modeled using unilateral contact law with Coulomb׳s friction. The method is shown to be effective and promising when applied to a closed crack. Scattering of the longitudinal wave also enables us to image the crack, giving its position and size.     

焊接接头损伤条件下的断裂力学参量数值模拟

利用弹塑性损伤-应变耦合有限元方法研究了不同强度匹配焊接接头中母材区断裂应变的变化对焊缝区裂纹断裂力学参量J积分的影响规律.结果表明,对于强度高匹配、等匹配和低匹配的焊接接头,在焊缝区各项力学性能参数保持不变的条件下,随着母材区断裂应变的减小,焊缝区的塑性应变及裂纹扩展驱动力J积分均有明显的提高;随着接头强度匹配比M的降低(母材屈服强度的升高),母材区断裂应变的变化对J积分值的影响作用减小.     

焊接接头延性裂纹扩展的数值模拟

用GTN损伤模型对30Cr2Ni4MoV转子钢焊接接头延性裂纹的扩展进行了有限元模拟.模拟得到的焊缝、母材和热影响区断裂韧性试样的载荷—位移曲线和J-△a阻力曲线与试验曲线吻合良好,以此确定了GTN模型中的材料损伤参数.结果表明,焊缝的裂纹扩展阻力最低,热影响区最高,母材居中;当初始裂纹位于母材和热影响区界面时,裂纹偏向强度和扩展阻力较低的母材一侧扩展,其阻力曲线和母材相似;当初始裂纹位于热影响区和焊缝界面时,裂纹向焊缝一侧偏离且沿着界面扩展,阻力曲线较焊缝稍有降低.     

扩散焊接头缺陷超声C扫描检测能力分析

扩散焊界面缺陷的检测是目前无损检测领域的难点之一. 为研究超声C扫描对钛合金扩散焊接头小缺陷的检测能力,以钛合金为研究对象,制作了含有不同尺寸和类型缺陷的扩散焊试件,研究了步进长度和检测频率对检测能力的影响,最后通过破坏性测试结果对其进行验证. 结果表明,使用较小的步进长度和较高的检测频率,可提高检测的准确度,但扩散焊界面存在大量接触型和微小型缺陷,因此采用超声法难以对其进行精确定量.     

高速铁路钢轨RCF伤损特征及NDT研究进展

随着我国高速列车的大量开行,滚动接触疲劳（RCF）伤损成为了高速铁路钢轨的主要伤损,严重威胁行车安全。本文介绍了我国提速段高速铁路钢轨的滚动接触疲劳伤损的类型、特征和发展模式。相关机构的调研和分析结果表明,轨头裂纹和隐伤是我国提速段钢轨最主要的RCF伤损,且伤损类型与钢轨的强度级别有关。同时介绍了钢轨RCF伤损的无损检测方法研究情况,重点阐述了低频超声表面波检测方法的研究进展。     

考虑多裂纹的焊趾裂纹扩展行为的数值仿真分析

针对焊趾处存在多裂纹的情况,对多裂纹扩展过程进行了数值仿真.考虑短裂纹扩展阶段,采用M积分计算整个裂纹前沿的应力强度因子,模拟并分析了不同初始表面裂纹间距条件下,该因素对裂纹前沿融合前后的扩展行为的具体影响.结果表明,裂纹间距的不同将直接导致其对整个裂纹前沿前后的应力强度因子的影响的差异;受初始裂纹间距的影响,裂纹前沿断口形貌呈现不同形状;可将相对裂纹间距L/a=1分界拐点作为后续工程研究的有效参考.后续进行了十字焊接接头疲劳验证试验,对仿真结果取得了较好的验证.