疲劳损伤过程金属表面偏振特性及图像纹理特征研究
发布时间：2021-09-04 17:47
在工业和工程领域,金属材料因具有良好的综合性能而应用广泛。然而金属材料在服役过程中往往伴随着疲劳损伤的出现,严重情况下导致材料发生断裂和失效,因此金属材料的疲劳问题一直受到人们重点关注。金属材料在循环载荷的不断作用下,表面逐渐产生裂纹,最终材料发生断裂,这一过程中金属表面形貌持续发生不可逆变化。目前对于疲劳载荷作用下的材料表面形貌研究,主要是通过光学显微镜分析材料表面裂纹萌生、扩展和断裂过程中微观形貌的演化机理,以及通过对材料断口进行分析,反推微裂纹的萌生和扩展机理。这些方法难以实现在线疲劳损伤检测分析。偏振是光的一种固有属性,近年来光学偏振成像技术发展迅速,具有传统光学成像技术所不具备的优势,不仅能够反映物体表面反射辐射强度,而且可以反映表面的物理特性。偏振图像与传统光学图像相比,包含目标的多维光学信息,对目标的边缘、纹理和细节更加敏感,已经广泛应用在军事伪装物探测、材质分类、生物医学等领域。本文从疲劳过程中金属材料的表面形貌变化出发,通过搭建疲劳试验平台和偏振图像采集平台,获取循环载荷下金属材料表面的微观形貌和光学偏振特性,利用图像纹理分析方法提取偏振图像的纹理信息,分析金属表面微...
【文章来源】：安徽建筑大学安徽省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
滑移带引起
安徽建筑大学硕士学位论文第二章研究理论基础9a位错滑移引起的“侵入”和“挤出”b“侵入”和“挤出”模型图2-1滑移带引起的裂纹萌生示意图2.1.2疲劳裂纹扩展当疲劳微裂纹在材料表面形成后，进入裂纹扩展阶段。对于微裂纹扩展的研究主要基于位错滑移机制，位错滑移也分为单滑移机制和双滑移机制。图2-2为疲劳裂纹扩展阶段示意图。这部分可以分为两个阶段。在Ia阶段存在两种裂纹，即非扩展裂纹（微裂纹1，2，3）和扩展裂纹（主裂纹）。随着载荷的增加，裂纹扩展由单一滑移系控制，在应力最集中的位置形成主裂纹，非扩展裂纹停止扩展。双滑移机制发生在微裂纹扩展的Ib阶段，裂纹扩展受到两个滑移系的交替控制，这一阶段与阶段II类似，主裂纹沿着最大剪应力的滑移平面方向或沿着与外界载荷轴线垂直方向继续扩展。随着循环次数的增加，主裂纹的长度和宽度不断增加，形成宏观裂纹，最终材料在此裂纹处发生断裂。图2-2裂纹扩展阶段示意图2.2光波的偏振特性及描述方法根据光的电磁理论，光是由与传播方向互相垂直的磁场矢量H和电场矢量E振动形成的一种电磁波，如图2-3所示。光是一种横波，与纵波最明显的区别在
安徽建筑大学硕士学位论文第二章研究理论基础10于，光波在传播时振动方向与传播方向不对称，振动方向与传播方向相互垂直。因光波与物质发生相互作用时电场矢量起主要作用，所以我们一般也称电场矢量为光矢量。光波在与传播方向垂直的平面内光矢量的振动状态有所不同，根据振动状态的不同，一般将光波划分为三种类型：完全偏振光、部分偏振光和非偏振光。光波偏振特性的描述方法可以分为以下四种：图2-3光波波动示意图2.2.1电矢量法电场矢量是在笛卡尔坐标系中描述光的偏振特性，当光束沿Z轴传播时，平面波的振动方向在xoy面内，可以用下式表示：=0cos(+0)(2-1)式中，0为光矢量的振幅，=，0为光矢量的相位。将上式分解为x和y方向的分量，可表示为：{=cos(+)=cos(+)=0(2-2)式中，为光矢量在y轴方向上的振幅,为光矢量在y轴方向上的振幅，,分别为光矢量在x，y方向上的相位。将上式中的参量消去，可得光矢量的端点轨迹所绘制曲线，如下式所示：(1)22+(1)222=2(2-3)式中，相位差=12，式（2-3）为一个椭圆方程，且系数行列式大于零：
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属低周疲劳过程热力学熵特征分析及寿命预测模型[J]. 朱达荣,徐德军,刘涛,汪方斌,储朱涛. 中国机械工程. 2019(16)
[2]低碳钢经疲劳循环后表面的显微形貌特征与损伤的关联[J]. 曾斌,石车嗣,刘贵龙,谭积钻,张克实. 广西大学学报(自然科学版). 2019(01)
[3]基于磁记忆的船机零件损伤检测[J]. 李俊健,杨舸帆,张笑颖,李瑞强,梁财源. 中国设备工程. 2019(03)
[4]金属疲劳过程磁记忆信号多特征量提取研究[J]. 朱达荣,潘志远,刘涛,徐德军. 现代制造工程. 2018(10)
[5]金属表面疲劳损伤的非线性Rayleigh波检测方法[J]. 李海洋,潘强华,王召巴. 无损检测. 2018(08)
[6]基于Kubelka-Munk理论的涂层表面多参量偏振双向反射分布函数模型[J]. 杨敏,方勇华,吴军,崔方晓,李大成,吴越,王涛. 光学学报. 2018(01)
[7]基于磁记忆方法的抽油杆裂纹扩展监测[J]. 冷建成,田洪旭,周国强,吴泽民. 材料导报. 2017(24)
[8]基于六参量偏振BRDF模型的地物背景偏振反射特性研究[J]. 杨敏,方勇华,吴军,崔方晓. 光学学报. 2018(05)
[9]基于损伤力学的周向拉杆转子整体疲劳损伤研究[J]. 刘强,王艾伦. 工程设计学报. 2017(05)
[10]基于红外热像显微观测技术的304不锈钢疲劳性能研究[J]. 易湘斌,梁泽芬,沈建成,罗文翠,白云贵. 化工机械. 2017(05)
博士论文
[1]金属结构表面裂纹疲劳扩展损伤程度研究[D]. 王兴路.西安建筑科技大学 2017
硕士论文
[1]疲劳载荷作用下纯铜的表面形貌研究[D]. 孙宁.西安理工大学 2018
[2]基于激光散斑图像的零件表面粗糙度测量[D]. 胡海锋.南京信息工程大学 2015
[3]图像纹理的特征提取和分类方法研究[D]. 刘莹.华中科技大学 2013
[4]基于激光散斑图像共生纹理特征的表面粗糙度测量[D]. 王骏武.合肥工业大学 2009
[5]疲劳损伤过程热耗散与微观形貌的同步测量[D]. 陈胜红.西北工业大学 2007
本文编号：3383724
【文章来源】：安徽建筑大学安徽省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
滑移带引起
安徽建筑大学硕士学位论文第二章研究理论基础9a位错滑移引起的“侵入”和“挤出”b“侵入”和“挤出”模型图2-1滑移带引起的裂纹萌生示意图2.1.2疲劳裂纹扩展当疲劳微裂纹在材料表面形成后，进入裂纹扩展阶段。对于微裂纹扩展的研究主要基于位错滑移机制，位错滑移也分为单滑移机制和双滑移机制。图2-2为疲劳裂纹扩展阶段示意图。这部分可以分为两个阶段。在Ia阶段存在两种裂纹，即非扩展裂纹（微裂纹1，2，3）和扩展裂纹（主裂纹）。随着载荷的增加，裂纹扩展由单一滑移系控制，在应力最集中的位置形成主裂纹，非扩展裂纹停止扩展。双滑移机制发生在微裂纹扩展的Ib阶段，裂纹扩展受到两个滑移系的交替控制，这一阶段与阶段II类似，主裂纹沿着最大剪应力的滑移平面方向或沿着与外界载荷轴线垂直方向继续扩展。随着循环次数的增加，主裂纹的长度和宽度不断增加，形成宏观裂纹，最终材料在此裂纹处发生断裂。图2-2裂纹扩展阶段示意图2.2光波的偏振特性及描述方法根据光的电磁理论，光是由与传播方向互相垂直的磁场矢量H和电场矢量E振动形成的一种电磁波，如图2-3所示。光是一种横波，与纵波最明显的区别在
安徽建筑大学硕士学位论文第二章研究理论基础10于，光波在传播时振动方向与传播方向不对称，振动方向与传播方向相互垂直。因光波与物质发生相互作用时电场矢量起主要作用，所以我们一般也称电场矢量为光矢量。光波在与传播方向垂直的平面内光矢量的振动状态有所不同，根据振动状态的不同，一般将光波划分为三种类型：完全偏振光、部分偏振光和非偏振光。光波偏振特性的描述方法可以分为以下四种：图2-3光波波动示意图2.2.1电矢量法电场矢量是在笛卡尔坐标系中描述光的偏振特性，当光束沿Z轴传播时，平面波的振动方向在xoy面内，可以用下式表示：=0cos(+0)(2-1)式中，0为光矢量的振幅，=，0为光矢量的相位。将上式分解为x和y方向的分量，可表示为：{=cos(+)=cos(+)=0(2-2)式中，为光矢量在y轴方向上的振幅,为光矢量在y轴方向上的振幅，,分别为光矢量在x，y方向上的相位。将上式中的参量消去，可得光矢量的端点轨迹所绘制曲线，如下式所示：(1)22+(1)222=2(2-3)式中，相位差=12，式（2-3）为一个椭圆方程，且系数行列式大于零：
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属低周疲劳过程热力学熵特征分析及寿命预测模型[J]. 朱达荣,徐德军,刘涛,汪方斌,储朱涛. 中国机械工程. 2019(16)
[2]低碳钢经疲劳循环后表面的显微形貌特征与损伤的关联[J]. 曾斌,石车嗣,刘贵龙,谭积钻,张克实. 广西大学学报(自然科学版). 2019(01)
[3]基于磁记忆的船机零件损伤检测[J]. 李俊健,杨舸帆,张笑颖,李瑞强,梁财源. 中国设备工程. 2019(03)
[4]金属疲劳过程磁记忆信号多特征量提取研究[J]. 朱达荣,潘志远,刘涛,徐德军. 现代制造工程. 2018(10)
[5]金属表面疲劳损伤的非线性Rayleigh波检测方法[J]. 李海洋,潘强华,王召巴. 无损检测. 2018(08)
[6]基于Kubelka-Munk理论的涂层表面多参量偏振双向反射分布函数模型[J]. 杨敏,方勇华,吴军,崔方晓,李大成,吴越,王涛. 光学学报. 2018(01)
[7]基于磁记忆方法的抽油杆裂纹扩展监测[J]. 冷建成,田洪旭,周国强,吴泽民. 材料导报. 2017(24)
[8]基于六参量偏振BRDF模型的地物背景偏振反射特性研究[J]. 杨敏,方勇华,吴军,崔方晓. 光学学报. 2018(05)
[9]基于损伤力学的周向拉杆转子整体疲劳损伤研究[J]. 刘强,王艾伦. 工程设计学报. 2017(05)
[10]基于红外热像显微观测技术的304不锈钢疲劳性能研究[J]. 易湘斌,梁泽芬,沈建成,罗文翠,白云贵. 化工机械. 2017(05)
博士论文
[1]金属结构表面裂纹疲劳扩展损伤程度研究[D]. 王兴路.西安建筑科技大学 2017
硕士论文
[1]疲劳载荷作用下纯铜的表面形貌研究[D]. 孙宁.西安理工大学 2018
[2]基于激光散斑图像的零件表面粗糙度测量[D]. 胡海锋.南京信息工程大学 2015
[3]图像纹理的特征提取和分类方法研究[D]. 刘莹.华中科技大学 2013
[4]基于激光散斑图像共生纹理特征的表面粗糙度测量[D]. 王骏武.合肥工业大学 2009
[5]疲劳损伤过程热耗散与微观形貌的同步测量[D]. 陈胜红.西北工业大学 2007
本文编号：3383724
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