基于数字图像相关法的NiCrMoV钢焊接接头原位疲劳实验研究
发布时间：2021-08-02 04:14
NiCrMoV钢广泛用于压力容器、管道、汽轮机等设备,其焊接接头的疲劳强度与可靠性是保障设备安全服役的重要内容。本文以新型汽轮机转子焊接接头为研究对象,采用数字图像相关技术和扫描电镜相结合的方法,研究阐明NiCrMoV钢焊接接头及其不同微区的断裂和疲劳破坏机理。针对传统散斑局限于光学显微镜的测量范畴,论文首先研究了微观散斑的可靠制备及微变形测量技术,通过对三种散斑制备方法的误差水平分析,提出了适用于NiCrMoV钢及其焊接接头微应变的测量方法。进一步,基于所发明的微观散斑制备技术,研究阐明了焊接接头熔合区和多道焊缝内微观组织引起的应变非均匀行为,开展了恒幅及过载条件下疲劳裂纹扩展的原位实验,分析了裂尖的损伤累积规律,讨论了接头中微裂纹萌生及其与微缺陷的交互作用。主要研究工作和结论如下:（1）研究阐明了微应变测量误差与散斑类型、放大倍数的关系,制备出与扫描电镜原位拉伸装置配套的纳米散斑。研究发现,A1203散斑用于放大倍数超过1000X时测量应变误差过大,基于纳米金散斑的应变测量误差随放大倍数增大变化较小;采用NiCrMoV钢微观组织作为散斑可得到较稳定的测量结果。散斑尺寸与测量放大倍数...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１二维数字图像相关方法典型的光学图像获得系统１４１??
这样ＤＩＣ会自动将计算区分成均匀的网格，通过计算每个网格点的位移来获得全场变形。??具体步骤为：ＤＩＣ通过跟踪或匹配变形前后照片上相同的点或像素，然后通过一定的算法??计算出该点位移和应变。例如计算图１．２中Ｐ的位移，先选择一个包含（２Ｍ＋１）?Ｘ?（２Ｍ＋１）??像素的子区，然后运用交叉相关准则和平方差和相关准则来评价参考子区和变形子区的相??似度。匹配过程是通过搜索相关系数的峰值，找到相关系数的极值，以此确定变形子集中??的Ｐ’点，这样两个子集中Ｐ点的位置差就是面内位移矢量。这个过程包含整像素位移搜索、??亚像素位移测试计算、位移场求解应变场三个关键步骤，每个步骤涉及到相关的算法，算??法的好坏直接决定了计算结果的精度与误差，因此有很多学者［９，?１（）］一直致力于相关算法方??面的优化。??应变场的获得则是建立在位移场的基础上的，因为在理论上应变是位移的微分，因此??将所得的位移场通过牛顿法微分就可以获得应变场。但是简单的微分到得到的应变值是不??稳定的［１１］，因为它放大了位移计算过程中的噪音成分。所以在微分之前，先将计算得到的??位移场进行平滑处理
细的归纳与总结，在这些制备方法中，常见的方法有：网格印刷法［１７，１８］、纳米颗粒喷涂法??［１９，２（）］、聚焦离子束刻蚀法、电子束刻蚀法等等，几种散斑图汇总在图１．３中。除此在外，??ＳＣｒｉｖｅｎ［２１］还详细研宄了化学沉积法制备散斑的方法，并通过改变电流、温度等参数改变散??斑的密度、大小，形成了一套比较完备的方法。另外，不容忽视的是，某些材料自身的微??观组织也可以提供很好的散斑，例如镍基合金［２２］、马氏体－铁素体钢［２３］等。??憑．．．．．．．麵??图１．３几种常见的微观散斑形貌丨１２丨??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｅｖｅｒａｌ?ｃｏｍｍｏｎ?ｍｉｃｒｏ－ｓｐｅｃｋｌｅｓ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ１１２１??在以上这些方法中，网格印刷法［１７，１８］和纳米颗粒喷涂法［１９，２Ｇ］以其方便快捷低成本的优??势得到了研宄者的广泛使用。网格印刷法先将ＴＥＭ网格覆盖在试样表面，然后采用离子??溅射仪将金属喷在试样表面，这样在试样表面可以形成一个个大小相等、间隔相同的网格，??网格的大小可以通过ＴＥＭ网格的规则来调节。该方法在操作方面比较简单，但是会存在??以下缺点：网格与试样之间粘贴不牢会导致网格产生畸变
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于构型力断裂准则的裂纹与夹杂干涉问题[J]. 古斌,郭宇立,李群. 力学学报. 2017(06)
[2]基于数字图像相关方法的焊接接头局部力学性能研究进展[J]. 宋明,徐彤,寿比南,孙超,孙永辉. 中国特种设备安全. 2016(12)
[3]基于XFEM研究含颗粒夹杂材料的疲劳裂纹行为[J]. 束一秀,李亚智,尚海江,姜薇. 固体火箭技术. 2016(04)
[4]Q345R拉伸过载作用下裂纹扩展行为的影响因素研究[J]. 丁振宇,高增梁,王效贵. 机械工程学报. 2015(18)
[5]研究NiTi合金相变局部化现象的宏观原位多场测试方法及分析[J]. 杜泓飞,曾攀,雷丽萍,赵加清,许月杰,何文斌. 机械工程学报. 2013(24)
[6]基于X70高级管线钢多道焊缝和单道焊缝组织EBSD研究[J]. 安栋,徐学东,张海. 电子显微学报. 2013(05)
[7]数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用[J]. 杭超,杨广,李玉龙,于起峰,郭亚洲. 航空学报. 2013(10)
[8]数字散斑相关技术进展及应用[J]. 金观昌,孟利波,陈俊达,马少鹏,张军. 实验力学. 2006(06)
硕士论文
[1]基于AFM和DIC的纳米尺度变形测量技术研究[D]. 张博文.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3316870
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１二维数字图像相关方法典型的光学图像获得系统１４１??
这样ＤＩＣ会自动将计算区分成均匀的网格，通过计算每个网格点的位移来获得全场变形。??具体步骤为：ＤＩＣ通过跟踪或匹配变形前后照片上相同的点或像素，然后通过一定的算法??计算出该点位移和应变。例如计算图１．２中Ｐ的位移，先选择一个包含（２Ｍ＋１）?Ｘ?（２Ｍ＋１）??像素的子区，然后运用交叉相关准则和平方差和相关准则来评价参考子区和变形子区的相??似度。匹配过程是通过搜索相关系数的峰值，找到相关系数的极值，以此确定变形子集中??的Ｐ’点，这样两个子集中Ｐ点的位置差就是面内位移矢量。这个过程包含整像素位移搜索、??亚像素位移测试计算、位移场求解应变场三个关键步骤，每个步骤涉及到相关的算法，算??法的好坏直接决定了计算结果的精度与误差，因此有很多学者［９，?１（）］一直致力于相关算法方??面的优化。??应变场的获得则是建立在位移场的基础上的，因为在理论上应变是位移的微分，因此??将所得的位移场通过牛顿法微分就可以获得应变场。但是简单的微分到得到的应变值是不??稳定的［１１］，因为它放大了位移计算过程中的噪音成分。所以在微分之前，先将计算得到的??位移场进行平滑处理
细的归纳与总结，在这些制备方法中，常见的方法有：网格印刷法［１７，１８］、纳米颗粒喷涂法??［１９，２（）］、聚焦离子束刻蚀法、电子束刻蚀法等等，几种散斑图汇总在图１．３中。除此在外，??ＳＣｒｉｖｅｎ［２１］还详细研宄了化学沉积法制备散斑的方法，并通过改变电流、温度等参数改变散??斑的密度、大小，形成了一套比较完备的方法。另外，不容忽视的是，某些材料自身的微??观组织也可以提供很好的散斑，例如镍基合金［２２］、马氏体－铁素体钢［２３］等。??憑．．．．．．．麵??图１．３几种常见的微观散斑形貌丨１２丨??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｅｖｅｒａｌ?ｃｏｍｍｏｎ?ｍｉｃｒｏ－ｓｐｅｃｋｌｅｓ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ１１２１??在以上这些方法中，网格印刷法［１７，１８］和纳米颗粒喷涂法［１９，２Ｇ］以其方便快捷低成本的优??势得到了研宄者的广泛使用。网格印刷法先将ＴＥＭ网格覆盖在试样表面，然后采用离子??溅射仪将金属喷在试样表面，这样在试样表面可以形成一个个大小相等、间隔相同的网格，??网格的大小可以通过ＴＥＭ网格的规则来调节。该方法在操作方面比较简单，但是会存在??以下缺点：网格与试样之间粘贴不牢会导致网格产生畸变
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于构型力断裂准则的裂纹与夹杂干涉问题[J]. 古斌,郭宇立,李群. 力学学报. 2017(06)
[2]基于数字图像相关方法的焊接接头局部力学性能研究进展[J]. 宋明,徐彤,寿比南,孙超,孙永辉. 中国特种设备安全. 2016(12)
[3]基于XFEM研究含颗粒夹杂材料的疲劳裂纹行为[J]. 束一秀,李亚智,尚海江,姜薇. 固体火箭技术. 2016(04)
[4]Q345R拉伸过载作用下裂纹扩展行为的影响因素研究[J]. 丁振宇,高增梁,王效贵. 机械工程学报. 2015(18)
[5]研究NiTi合金相变局部化现象的宏观原位多场测试方法及分析[J]. 杜泓飞,曾攀,雷丽萍,赵加清,许月杰,何文斌. 机械工程学报. 2013(24)
[6]基于X70高级管线钢多道焊缝和单道焊缝组织EBSD研究[J]. 安栋,徐学东,张海. 电子显微学报. 2013(05)
[7]数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用[J]. 杭超,杨广,李玉龙,于起峰,郭亚洲. 航空学报. 2013(10)
[8]数字散斑相关技术进展及应用[J]. 金观昌,孟利波,陈俊达,马少鹏,张军. 实验力学. 2006(06)
硕士论文
[1]基于AFM和DIC的纳米尺度变形测量技术研究[D]. 张博文.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3316870
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