超声波法检测6061-T6铝合金残余应力的研究

发布时间：2020-10-15 01:22

　　 复合材料具有高比强度和比模量、减振性能好以及耐腐蚀性能好等优点,广泛应用在航空航天、船舶和汽车工业等领域。但复合材料在制备、加工、装配和服役过程中,都会因孔隙、分层、裂纹等缺陷的存在而产生一定的残余应力。这既会影响构件的使用性能,又对材料的结构失效强度和尺寸稳定性有影响。因此,开展关于残余应力的研究,精确且快速地检测出材料所处的应力状态,对于准确评估材料寿命显得至关重要。通常为避免复合材料因拉-剪、拉-弯耦合引起的固化后的翘曲变形,将复合材料层合板设计成准各向同性层合板。并在准各向同性复合材料的分析中常将其视为各向同性化处理。目前国际上比较认可的残余应力检测手段是X射线衍射法,它具有无损、测试快捷、精度高和数据重复性强等优点。但它只适用于晶体材料的应力检测,对复合材料这种非晶体材料而言,较难实现应力检测。因此,为精确地检测出复合材料所处的应力状态,首先从理论上推导出适用于准各向同性复合材料的声弹性表达式,并选用6061-T6铝合金作为实验研究对象,分别采用X射线衍射法和本文理论推导的超声波法对其进行应力检测,以验证该理论推导的正确性。主要研究工作包括以下几个方面:(1)基于声弹性理论,推导了适用于准各向同性复合材料的声弹性表达式,建立声时差与内部应力之间的联系。同时,搭建了“一发一收”探头分布方式的超声波应力检测系统,并设计了超声检测楔块和声时差精确测量算法。(2)超声波法检测精度影响因素的研究选用不同频率的探头对不同凹槽深度的铝合金板材进行超声检测,确定不同探头频率下的传播深度范围;探究温度与声时差之间的关系,并设计温度补偿算法;探究外加应力与声时差之间的关系,得到了平行加载方向的声时差随着外加应力的增加而增加,而垂直加载方向的声时差随着外加应力的增加而减小的结论。(3)X射线衍射法测量6061-T6铝合金残余应力检测参数优化实验表明当采用Cr靶材激发X射线,通过0.5×3mm尺寸的准直管照射到铝合金板材表面,并用Mid chord定峰方法对试样进行应力检测时,应力结果最优。(4)X射线衍射法对超声波法应力检测理论的实验验证分别利用本文搭建的超声波应力检测系统和L-XRD应力衍射仪对6061-T6铝合金板材进行残余应力检测,通过对比研究表明该理论推导的正确性。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG115.285
【部分图文】：

[22]。中子衍射法虽可用于检测材料内部的得到广泛的应用[11]。法研究现状孔法或小孔法，是一种发展最为成熟、应法。它最初由德国学者 J.Mathar 提出，学者[22-25]采用应变片替代机械应变仪来测，Rendler 和 Vigness 将钻孔测试法发展美国材料协会 ASTM 自 1981 年就颁布了），表明小孔法在残余应力测量中已达到技理为：对存在残余应力的各向同性材料进，导致孔区附近的残余应力场发生改变。个应变敏感栅组成的三轴应变计，则通过材料的残余应力值[27]。钻孔法应变测定

理是：在构件表面加工出一个圆环形槽，并释放出残留在环芯中的应力，通过粘贴的应变，便可得到工件待测点的内应力大原理示意图。于检测应变变化范围大、检测灵敏度高、钻孔法相比较大[32]。目前关于该方法的环芯云纹干涉法和切槽云纹干涉法对过盈两种方法的检测结果具有较好一致性的结环芯法相结合，对热障涂层材料的界面残力几乎处于单轴应力状态，且界面内的法对零件损坏较大，不宜经常使用。但随Gunnert 和 Hast 分别在 1955 年和 1958[35, 36]。目前该方法已作为转子锻件制造定了环芯法测量汽轮机、汽轮发电机转子99）。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文它不可检测表面应力或近表层内力，只适合平板类构件的应力测试作为聚合物及其有关模压零件、涂层材料中的应力检测手段[37]。方法的检测原理为：当采用机械加工或化学腐蚀的手段将含有应力离时，其内部残余应力的平衡将受到破坏，当重新达到平衡时，构件度的弯曲变形，弯曲的曲率取决于剥层前材料的原始内应力分布和性性能。通过测定剥层后构件的变化曲率，便可获得构件的原始内应。不同形状的剥层法应力测定示意图如图 1-3 所示[39]。(a) 平板试样剥层法应力检测示意图
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本文编号：2841477