金属残余应力的非线性超声表面波检测研究

发布时间：2023-02-21 10:18

　　金属构件加工制造及服役过程中,因热膨胀和塑性变形分布不均匀,残余应力是难以避免的。残余应力对机械构件的疲劳强度、尺寸稳定性、抗腐蚀性能等产生重要影响,及时准确检测出残余应力,对保证构件的结构强度及工作可靠性,保障重要金属构件服役安全具有重要意义。非线性超声检测技术是一种通过高次谐波信号对材料损伤进行评估的方法。与线性超声相比,非线性超声对结构内部的微小缺陷和微结构变化更加敏感。本文采取仿真与实验研究相结合,研究了残余应力对材料非线性的影响。论文的主要工作如下:以弹性声学理论为基础,研究了非线性响应的产生原理。在固体介质的非线性应力-应变关系上,使用摄动法求出一维纵波非线性波动方程的解。以此为基础,研究了更为一般的二维非线性表面波在固体介质中的波动特性,并求解基波和二次谐波的数值解析式,并由此定义了表面波相对非线性系数,为研究基于非线性超声表面波的残余应力检测奠定基础。根据非线性超声理论,建立了非线性表面波在固体介质中传播的有限元模型。为研究超声激励频率对非线性超声响应的影响,对不同超声激励频率下非线性表面波的传播进行了仿真。研究表明超声激励频率越大,表面波的渗透深度越浅,能量越集中于表...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 线性超声检测应力的研究现状
        1.2.2 非线性超声检测应力的研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第二章 非线性超声检测理论
    2.1 纵波非线性传播理论
        2.1.1 非线性波动方程推导
        2.1.2 一维纵波非线性波动方程的求解
    2.2 非线性超声表面波传播理论
        2.2.1 表面波传播基础
        2.2.2 非线性超声表面波波动方程的求解
    2.3 本章小结
第三章 超声波对残余应力检测的仿真研究
    3.1 超声表面波传播有限元模型
        3.1.1 几何模型
        3.1.2 网格划分及时间步长的选取
        3.1.3 边界处理
        3.1.4 加载信号选择与求解
    3.2 残余应力非线性超声表面波检测模型
        3.2.1 频率对仿真结果的影响
        3.2.2 残余应力的设置
        3.2.3 非线性超声表面波对残余应力检测的仿真
    3.3 临界折射纵波对残余应力检测的仿真
        3.3.1 几何模型
        3.3.2 临界折射纵波对应力的检测原理
        3.3.3 仿真结果及分析
    3.4 本章小结
第四章 残余应力非线性超声表面波检测实验研究
    4.1 试件制备
        4.1.1 试件材料的选取
    4.2 非线性超声检测实验系统及其非线性稳定性验证
    4.3 残余应力的线性与非线性超声表面波检测
        4.3.1 非线性超声表面波对残余应力的检测实验
        4.3.2 线性超声表面波对残余应力的检测实验
    4.4 本章小结
总结与展望
    总结
    展望
参考文献
致谢
附录A (攻读学位期间取得研究成果)
附录B (攻读学位期间参与的课题项目)



本文编号：3747557