初始应力对瑞利波无损评价45钢表层应力的影响

基于瑞利波声弹效应理论,在瑞利波无损表征45钢表层应力的基础上分析了45钢表层初始应力状态对应力评价结果的影响。采用声程固定不变中心频率为5MHz的双瑞利波探头对45钢表层应力进行评价,在归一化互相关函数基础上计算了应力引起的瑞利波信号间时间差。结果表明:初始应力不会影响瑞利波在45钢表层中传播速度随拉伸应力的变化规律,即随拉伸应力的增加,瑞利波在45钢表层中的传播速度基本呈线性规律增加,当应力达到一定值时,再随应力的增加,瑞利波传播速度不再呈线性规律变化;但初始应力和去应力退火状态45钢的名义瑞利波声弹性系数不同,分别为0.838和1.041,最大时间差对应的应力值也不同,去应力退火前后应力评价结果的误差约为22%。     

大直径中空孔直眼掏槽爆破的空孔应力集中效应研究

为了探明大直径中空孔直眼掏槽爆破的力学机理，采用理论分析和数值模拟方法研究了大直径中空孔直眼掏槽爆破的空孔应力集中效应。建立了空孔应力集中效应的力学模型，基于弹性力学和波动力学理论阐明了空孔应力集中效应的力学机理；开展了典型工况下大直径中空孔直眼掏槽爆破的数值模拟，并基于应力波传播、岩体损伤和岩体第一主应力峰值等结果分析了空孔的应力集中效应。研究结果表明：空孔应力集中效应主要源自孔洞应力集中效应和应力波叠加效应；大直径中空孔直眼掏槽爆破过程中，应力波在空孔壁处发生反射并与入射波产生叠加，叠加多位于空孔邻近区域以及掏槽孔间区域；岩体损伤程度较高的区域主要为掏槽孔周边、空孔周边以及相邻掏槽孔与空孔形成的三角区域，掏槽孔周边以外的损伤区域与应力波叠加区域基本对应；空孔附近存在显著的应力集中效应，且距空孔壁越近的位置应力集中效应越明显。研究成果拟为隧道工程大直径中空孔直眼掏槽爆破设计提供理论基础。     

基于有限元法和锁相热像法对含缺陷构件的应力分析与疲劳性能评估

基于有限元法研究含盲孔缺陷构件的应力集中系数Kt随盲孔深度h和盲孔直径的变化规律。利用锁相热像法的热弹性分析模式(E-Mode)研究盲孔附近的应力分布,预测不同深度盲孔的Kt,与有限元结果相比较发现吻合良好。通过Altair Li软件中的耗散模式(D-Mode)和Altair软件分别研究构件在疲劳过程中的固有耗散量和温度信号的变化规律,以评估疲劳损伤的演化过程。以固有耗散和温度信号的变化规律作为疲劳损伤的指标,快速预测带盲孔试件的疲劳极限,进而预测试件的疲劳缺口系数Kf。理论计算的结果证明了锁相热像法的有效性。     

双轴载荷下复合材料十字型试样几何形状对中心测试区系数的影响

基于双轴拉伸载荷下复合材料十字型试样的设计特点,对比分析了不同几何形状的十字型试样在不同厚度比和载荷比条件下中心测试区应力集中系数和承力系数的变化规律,并开展了不同载荷比的双轴拉伸实验进行验证。研究表明:十字型试样中心测试区系数与载荷大小无关,与试样几何形状、厚度比及载荷比有关;等宽加载臂宽度越小、厚度比越大,应力集中系数越小,载荷比不同,应力集中系数也不同;一般而言,中心测试区承力系数随厚度比增加而增大,x向承力系数βx随载荷比增加呈非线性增大,y向承力系数βy随载荷比增加呈线性减小;在双轴拉伸载荷条件下,形状D十字型试样在载荷比f=4/1时中心测试区y向应力分量为负值,表现为压应力状态。     

硫化镍引发钢化玻璃自爆的临界尺寸及影响

基于变形协调关系及均强度理论, 定量计算了硫化镍相变体积膨胀对玻璃的挤压应力、因硫化镍和玻璃热膨胀系数不匹配导致的内应力及以上两者协同作用下导致的硫化镍颗粒周边的局部集中应力的影响, 分析了硫化镍直径、玻璃局部强度及环境温度对钢化玻璃自爆的影响, 确定了引发钢化玻璃自爆的硫化镍颗粒的临界直径。研究结果表明: 硫化镍颗粒周边的周向集中应力(拉应力)是导致钢化玻璃自爆的根本原因。随着硫化镍直径的增大, 其周向应力也增大, 但不呈线性关系, 当颗粒直径小于0.2 mm时, 其周向应力迅速降低, 而当颗粒直径大于0.5 mm时, 其周向应力增大幅度变缓。随着钢化玻璃表面应力的增大, 引发自爆风险的硫化镍临界直径逐渐减小, 直径小于0.1 mm的硫化镍很难引发钢化玻璃自爆。周向应力与环境温度升高呈线性增长趋势, 且大颗粒尺寸的硫化镍周向应力增长速率更快。     

试样直径对TC4钛合金拉伸性能的影响

通过对不同直径的TC4钛合金试样进行室温拉伸试验,研究了试样直径对试验测得TC4钛合金抗拉强度、屈服强度、断后伸长率以及断面收缩率等拉伸性能的影响规律,并探讨了其影响机制。结果表明:试验测得TC4钛合金的抗拉强度和屈服强度随试样直径的增大呈指数函数关系下降,而断后伸长率和断面收缩率随试样直径的增大呈线性函数关系下降;该种变化规律是由不同直径试样TC4钛合金显微组织结构和加工方式等引起的。     

轴向静载对变截面杆中应力波幅值的影响

针对变截面构件受到动静组合荷载作用的工程实际,研究轴向静载对变截面杆中应力波幅值的影响。选用铝制备锥形直杆试件,基于动静组合加载试验系统,对试件进行不同轴向静载工况下的应力波传播试验。通过沿轴向不同位置处布置的应变片测定应变时程曲线,以动应变幅值随传播距离及静载的变化规律表征其传播衰减特性。结果表明,轴向静载对应力波下降沿有较大的影响;随着静载的增大,直锥铝杆中应力波传播速度先小幅增加后趋于不变;幅值空间衰减系数呈现"小幅降低—基本不变"的变化特征;试件入射端响应幅值持续减小,且其变化率先逐渐增大,后趋于不变;不同测点的幅值均随静应力的增加近似线性减小,越远离入射端,幅值的变化率越小。     

两种残余应力测定方法的研究和比较

先用X射线衍射法再用盲孔法测定了同一试样的残余应力,对测试结果进行了分析比较。结果表明：对于残余应力分布不随深度改变的情况,两者结果一致;但对于其他情况,两种方法得到的结果不一致。通过测试残余应力沿试样深度的分布和从原理上比较两种测试方法的不同,得出盲孔法的测试结果受深层残余应力分布影响,而X射线衍射法的测试结果不受其影响。     

含空洞缺陷的圆形硐室围岩应力弹性解析解

基于复变函数理论,建立真实平面上含空洞缺陷硐室外域和复平面上单位圆外域之间的映射关系,得到了在远场应力作用下含空洞缺陷圆形硐室围岩弹性应力解析解,分析了围岩应力分布规律以及缺陷位置、缺陷凸出程度和场地应力比对孔口应力分布的影响。结果表明:硐室缺陷部位应力分布与无缺陷情况具有明显区别,在缺陷中部应力集中效应明显,但在硐室孔壁与缺陷相交部位应力明显较小,甚至会出现环向应力为拉应力的情况;较轻微的缺陷便可引起较大的应力集中现象,且随缺陷凸出程度的增加,缺陷中部应力集中现象明显加剧;随着缺陷凸出方向与最小主应力方向夹角的减小,缺陷中部的应力集中现象加剧;当缺陷凸出方向与最小主应力方向平行时,随围压应力比的减小缺陷处的应力集中程度增大,而两者处于垂直状态时,随围岩应力比的减小缺陷处的应力集中现象逐渐降低。因此,在实际工程应用中应充分考虑空洞缺陷所引起的应力集中现象的影响。     

爆破应力波对邻近圆形隧道的动力扰动特征

开挖爆破产生的地震波会诱发邻近隧道的动力响应,威胁邻近地下结构的稳定性。针对爆破应力波引起邻近隧道的质点振动和动应力集中效应,采用数值模拟方法,分析了爆破地震波中的P波对邻近圆形隧道的动力扰动特征。计算结果表明,应力波通过圆洞时,围岩中的主应力方向和动应力集中系数分布形态均与等效静态加载时相似,附加的动应力仅对圆洞洞壁附近围岩的主应力量值产生影响,而对洞壁以外围岩的主应力量值和主应力方向都将产生影响。其次,应力波通过圆洞时还将诱发振动速度集中现象,围岩质点的振动方向与波的传播方向总体一致,其振速集中系数与动应力集中系数的分布特征不同,且其最大值点位置相差约90°,这表明质点振动速度最大的位置并非动应力集中系数最大的位置。另外,圆洞洞壁最大振速集中系数随正则化波数的增加而增大,而最大动应力集中系数随正则化波数的增加而先增大后减小。     

互相关函数步长影响超声波评价涂层应力的实验研究

以声弹效应理论为基础,结合力学拉伸实验,采用表面超声波法对涂层应力进行评价,并在互相关函数法的基础上计算应力引起的信号间时间延迟.结果表明:当涂层试样处于弹性变形范围内时,随着应力的增加,表面超声波在涂层中的传播速度逐渐变大,而当拉伸应力达到一定值使得涂层内部出现微裂纹时,随着应力的增加,伴随着裂纹的扩展超声波波速会出...     

Grain size correction of welding residual stress measurement in a carbon steel plate using the critical refraction of longitudinal waves

In this, a method to measure welding residual stress in butt-welded joints of carbon steel plates using longitudinal critically refracted wave (L_cr wave) is proposed. Cross-correlation was employed to calculate the difference in time of flight between L_cr wave, and the optimal step length for the measurements is discussed. To determine L_cr wave acoustoelastic coefficient of the heat affected zone (HAZ), the relationship between the L_cr wave acoustoelastic coefficient and the grain size is established. The results show that one cycle is the optimal step length for the difference in the time-of-flight calculation, and with increasing grain size increase, L_cr wave acoustoelastic coefficient decreases in the form of a power function. In addition, grain size can be determined by using amplitude of the L_cr wave, so that the measured value of welding residual stress in HAZ can be corrected. The welding residual stress in melted zone (MZ) is corrected by calibrating acoustoelastic coefficient of the MZ. The acoustoelastic coefficient of the MZ is larger than that of parent material (PM). At last, welding residual stress in the butt-weld joint is measured and corrected with the L_cr wave technique. The results are verified by the hole drilling method.     

纤维增强复合板中声弹Lamb波的波结构分析

基于线性三维弹性理论和“增量变形力学”理论,采用勒让德正交多项式展开法,推导了在水平和垂直方向施加初应力时,沿纤维增强复合板的非主对称轴方向传播的声弹Lamb波的波动方程,并对波动方程进行数值求解。为了验证方法的准确性,将该文方法求解的各向同性材料的相速度频散曲线与Disperse?软件的计算结果进行比较,两者吻合良好。以单层单向纤维增强复合材料板为例,计算了无初应力状态下的波结构应力曲线,并与应力自由边界初始条件的一致性进行了比较。研究了水平和垂直方向初应力效应对Lamb波频散曲线的影响。针对声弹效应较为敏感的Lamb波A₀模态,着重分析了初应力效应对波结构位移分布曲线的影响。     

半空间饱和土中孔洞对波场散射问题的边界元法分析

根据饱和土Biot理论及孔洞边界特性,通过引入势函数,利用Betti互易定理,建立了半无限饱和土体中孔洞对波场散射问题的边界元积分方程,讨论了边界积分方程的奇异性,并分析了饱和土体特性及入射波场等对孔洞应力集中与孔压集中系数的影响效果。通过与已知文献结果比较,验证该文算法的正确性。数值结果表明:饱和土体中流、固耦合程度、压缩性、透水性等对波场散射有较大的影响:随饱和土体中流、固二相耦合程度增大,孔洞应力集中系数增大,孔洞的散射作用增强;随饱和土体压缩性减小,孔洞应力集中系数增大;而随饱和土体透水性降低,孔洞应力集中系数、孔压集中系数都增大。     

Measurement of acoustoelastic coefficients of Rayleigh waves in steel alloys

An ultrasonic technique to determine the acoustoelastic coefficients of Rayleigh waves in steel alloys is described. The technique is based on the measurement of the time of flight of Rayleigh waves over a fixed surface distance as a function of applied stress. Measurements on AISI 1080 carbon steel, AISI 4130 alloy steel, and 316L stainless steel specimens are reported. Time of flight resolution and repeatability as well as temperature effects are discussed insofar as they influence the applicability of ultrasonic methods to the measurement of applied and residual biaxial surface stresses in steel.     

杆中导波声弹敏感模态与激励频率的确定方法

基于超声导波声弹性效应检测波导结构的应力水平具有潜在的优势。为实现超声导波声弹应力检测的关键技术——检测模态与激励频率的选取,提出一种基于Murnaghan超弹模型的有限元特征频率法。使用该方法计算预应力杆中的频散特性,得到反映不同激励频率应力敏感性的声弹频散曲线,与文献中的L(0,1)模态试验结果进行对比,趋势一致,说明该方法的适用性。为进一步验证该方法的可靠性,选取L(0,1)模态声弹敏感的几组频率,在自制拉伸试验平台上,对碳素钢杆进行超声导波声弹试验。试验结果表明:低应力区域误差较大,在高应力区域误差均低于10%,且声弹常数与理论结果趋势一致。研究表明该理论方法可指导超声导波声弹应力检测时频率与模态的选取。     

岩石材料SHPB实验试件尺寸确定的研究

目前岩石材料在进行分离式霍普金森压杆(SHPB)实验时,对于试件尺寸确定的描述较为模糊,因此从应力波在SHPB系统中的传播过程入手,通过应力均匀化物理过程的分析,求解出试件内应力状态,结合应力均匀的条件,解析出影响应力均匀化的参量:试件与杆间应力波的反射系数,并给出不同反射系数下达到应力均匀所需的最小传播次数。通过控制应力均匀化时间确定了试件极限长度的计算公式,并得出脆性岩石材料的合理长径比为0.8。根据以上结论,计算出7种岩石材料在SHPB实验下的尺寸,为相关研究提供参考。     

高层建筑在爆破地震波作用下振动传播规律

为了解决爆破地震波对高层建筑影响的问题,基于爆破地震波的特征及相关因素,以贵阳市观山湖区某一道路爆破工程为例,通过爆破振动现场测试,分析了爆破地震波作用下高层建筑结构振动传播规律。结果表明:爆破地震波作用下测点的垂向振动速度恒大于切向和径向振动速度;随着距爆源高差的增加,爆破振动速度逐渐增大;随着距爆源水平距离的增加,爆破振动速度逐渐减小。通过拟合分析,得出衰减系数α随着高差的降低也逐渐减小;高程影响系数在测点和爆源最大高差时最大。     

Nondestructive Evaluation of Welding Residual Stresses in Dissimilar Welded Pipes

This paper investigates the nondestructive capability of ultrasonic waves in residual stress evaluation of dissimilar welded pipes. Longitudinal critically refracted (L _CR ) waves are employed to measure the residual stresses in a pipe-pipe joint of stainless steel 304 and carbon steel A106. Measuring the acoustoelastic constant is usually accomplished through the tensile test which needs cutting the tested material to extract tensile test specimens. However, cutting the tested pipe to complement the nondestructive ultrasonic measurement was not considered here. Instead, a dissimilar welded plate with the same welding specification, joint geometry, thickness and the same dissimilar materials is used to extract tensile test samples. The measured acoustoelastic constant of the plate along with the measured time of flight of the L _CR wave on the pipe, are utilized for ultrasonic stress measurement. A finite element model of welding process validated by hole-drilling method is used to verify the ultrasonic results. The results show good agreement between finite element and ultrasonic measurements in the pipe measured without any destructive process.