激光超声检测轴表面裂纹的数值研究

发布时间：2020-05-26 03:46

【摘要】：长期处于应力集中和交变载荷下的轴类零件极易出现表面裂纹,裂纹不仅降低轴类零件机械性能,甚至会引发重大安全事故。由于传统无损检测技术不能克服非接触、恶劣环境下测量的困难,加之部分轴类零件需要轴肩来定位齿轮、轴承等零件,轴类零件结构呈现出较为复杂的阶梯形状,给检测带来了新的挑战。激光超声具有非接触、无需耦合剂、可实现远距离激发及接收等现有无损检测技术不具有的优点,因此在检测轴类零件表面裂纹领域有着广阔的应用前景。本文采用有限元方法建立了不同轴半径、不同过渡方式、不同裂纹参数的轴模型,数值模拟了不同轴模型的温度场,并采用间接耦合计算了不同轴模型的位移场,研究激光激发的声表面波在轴表面的产生、传播及与裂纹的相互作用过程。本文通过对比多组数据分析了声表面波时频域特征,以研究轴半径、圆角半径和阶梯轴过渡方式对声表面波传播的影响。数值结果表明:当轴半径越来越大时,Rayleigh波色散现象越来越小,Rayleigh波群速度越来越小;当圆角过渡的半径越来越大时,Rayleigh波色散现象越来越小,Rayleigh波群速度越来越大;当直角过渡的高度差越来越大时,Rayleigh衰减越来越剧烈。本文通过对比多组数据分析了声表面波时频域特征,以研究裂纹宽度和深度对声表面波传播的影响。数值结果表明:无论是光轴还是圆角过渡的阶梯轴,反射Rayleigh波和剪切Rayleigh波的到达时间差和裂纹深度成线性关系。数值结果为激光超声检测轴表面裂纹提供了有价值的参考。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG115.28;TH133.2

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