激光熔覆再制造零件超声检测数值模拟与实验研究
发布时间：2021-12-23 03:49
激光熔覆凭借其技术优势,已成为废旧产品绿色再制造的重要手段之一,但实践表明:激光熔覆再制造涂层应力及涂层、毛坯缺陷,是影响再制造零件服役性能和服役寿命的关键因素。本文采用超声波无损检测技术,对激光熔覆再制造零件的缺陷及应力进行评价,实现评价结果定量化、提高评价结果可靠性。论文研究可为保障激光熔覆再制造产品质量提供理论与技术支持,对建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。本文采用数值模拟与实验相结合的研究方法,探索激光熔覆再制造零件缺陷定位、定性、定量超声无损评价方法;研究激光熔覆再制造涂层应力超声无损评价方法;研究基于超声波的缺陷、应力评价机理,探讨影响缺陷与应力评价结果的内在及外在因素。结合熔覆层内部组织结构,分析超声波检测信号噪声产生的原因,探讨信号消噪的原理及方法。主要研究内容及结论如下:研究了激光熔覆再制造零件缺陷类型超声波检测识别方法。建立超声波检测有限元模型,模拟了激光熔覆再制造毛坯材料中不同类型缺陷的散射声场,通过分析散射声场及缺陷回波信号傅里叶频谱分析图,提出了缺陷类型识别方法—缺陷A扫信号动态频谱分析法。实验结果表明:该方法可以准确地判别出激光熔覆再制造涂层及毛坯...
【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 超声波检测模拟仿真研究现状
1.2.1 解析法模拟仿真研究现状
1.2.2 数值法模拟仿真研究现状
1.2.3 半解析法模拟仿真研究现状
1.3 超声波缺陷评价技术研究现状
1.4 超声波应力评价技术研究现状
1.5 超声波无损检测信号处理技术研究现状
1.6 课题的来源及本文研究的主要内容
1.6.1 课题的来源
1.6.2 本文研究的主要内容
第2章 激光熔覆再制造毛坯材料缺陷超声检测数值模拟
2.1 固体介质的波动方程
2.2 波动方程的有限元解法
2.2.1 波动方程的变分问题
2.2.2 波动方程的有限元公式
2.3 有限元分析时间步长和网格大小的选取
2.3.1 网格大小
2.3.2 时间步长
2.4 边界条件的推导及施加
2.4.1 基于势函数的应力人工边界计算公式推导
2.4.2 超声波数值模拟应力人工边界推导
2.4.3 应力人工边界实现
2.5 激光熔覆再制造毛坯材料中超声波传播数值模拟结果
2.5.1 碳素钢中超声波传播数值模拟结果分析
2.5.2 碳素钢中常见缺陷散射声场分析
2.5.3 碳素钢中常见缺陷定性分析
2.5.4 碳素钢中缺陷定性分析实验研究
2.6 本章小结
第3章 激光熔覆再制造试样中超声传播及缺陷检测数值模拟
3.1 Fe314激光熔覆层显微组织分析
3.2 激光熔覆再制造试样超声检测数学模型的建立
3.2.1 理论模型
3.2.2 声场计算模型
3.2.3 缺陷远场散射模型
3.2.4 横通孔及裂纹缺陷回波预测及实验验证
3.3 Fe314激光熔覆再制造涂层中声场分析
3.3.1 纵波直探头辐射声场分析
3.3.2 横波斜探头辐射声场分析
3.4 激光熔覆再制造试样中不同类型缺陷检测实验研究
3.4.1 试样制备及检测工艺参数选择
3.4.2 实验结果分析
3.5 本章小结
第4章 超声波检测信号处理方法研究
4.1 超声波检测信号噪声分析
4.2 超声波检测信号处理方法研究
4.2.1 激光熔覆层超声检测信号消噪方法研究
4.2.2 激光熔覆层表层缺陷超声诊断方法研究
4.2.3 超声波应力检测声时差分析方法研究
4.3 本章小结
第5章 激光熔覆再制造零件缺陷检测实验研究
5.1 实验方法及设备
5.2 实验结果及分析
5.2.1 横通孔缺陷评价实验结果及分析
5.2.2 裂纹缺陷评价实验结果及分析
5.2.3 缺陷评价影响因素研究
5.3 超声波无损检测技术评价激光熔覆层缺陷结果验证
5.3.1 横通孔缺陷定量评价结果验证
5.3.2 激光熔覆再制造齿轮缺陷检测结果验证
5.4 本章小结
第6章 激光熔覆再制造涂层应力检测实验研究
6.1 超声波声弹性理论
6.2 激光熔覆再制造涂层应力评价实验研究
6.2.1 实验材料及设备
6.2.2 试样的制备
6.2.3 实验方法
6.2.4 Fe314激光熔覆层声弹系数标定实验结果与分析
6.3 表面超声波应力评价影响因素分析
6.3.1 激光熔覆层微观组织及未知残余应力对应力评价的影响
6.3.2 表面超声波传播时差计算精度对应力评价的影响
6.3.3 加载时试样变形对应力评价的影响
6.4 表面超声波检测激光熔覆层应力结果验证
6.4.1 外加载荷作用下激光熔覆层应力检测
6.4.2 外加载荷为零时激光熔覆层应力检测
6.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
作者简介
本文编号：3547720
【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 超声波检测模拟仿真研究现状
1.2.1 解析法模拟仿真研究现状
1.2.2 数值法模拟仿真研究现状
1.2.3 半解析法模拟仿真研究现状
1.3 超声波缺陷评价技术研究现状
1.4 超声波应力评价技术研究现状
1.5 超声波无损检测信号处理技术研究现状
1.6 课题的来源及本文研究的主要内容
1.6.1 课题的来源
1.6.2 本文研究的主要内容
第2章 激光熔覆再制造毛坯材料缺陷超声检测数值模拟
2.1 固体介质的波动方程
2.2 波动方程的有限元解法
2.2.1 波动方程的变分问题
2.2.2 波动方程的有限元公式
2.3 有限元分析时间步长和网格大小的选取
2.3.1 网格大小
2.3.2 时间步长
2.4 边界条件的推导及施加
2.4.1 基于势函数的应力人工边界计算公式推导
2.4.2 超声波数值模拟应力人工边界推导
2.4.3 应力人工边界实现
2.5 激光熔覆再制造毛坯材料中超声波传播数值模拟结果
2.5.1 碳素钢中超声波传播数值模拟结果分析
2.5.2 碳素钢中常见缺陷散射声场分析
2.5.3 碳素钢中常见缺陷定性分析
2.5.4 碳素钢中缺陷定性分析实验研究
2.6 本章小结
第3章 激光熔覆再制造试样中超声传播及缺陷检测数值模拟
3.1 Fe314激光熔覆层显微组织分析
3.2 激光熔覆再制造试样超声检测数学模型的建立
3.2.1 理论模型
3.2.2 声场计算模型
3.2.3 缺陷远场散射模型
3.2.4 横通孔及裂纹缺陷回波预测及实验验证
3.3 Fe314激光熔覆再制造涂层中声场分析
3.3.1 纵波直探头辐射声场分析
3.3.2 横波斜探头辐射声场分析
3.4 激光熔覆再制造试样中不同类型缺陷检测实验研究
3.4.1 试样制备及检测工艺参数选择
3.4.2 实验结果分析
3.5 本章小结
第4章 超声波检测信号处理方法研究
4.1 超声波检测信号噪声分析
4.2 超声波检测信号处理方法研究
4.2.1 激光熔覆层超声检测信号消噪方法研究
4.2.2 激光熔覆层表层缺陷超声诊断方法研究
4.2.3 超声波应力检测声时差分析方法研究
4.3 本章小结
第5章 激光熔覆再制造零件缺陷检测实验研究
5.1 实验方法及设备
5.2 实验结果及分析
5.2.1 横通孔缺陷评价实验结果及分析
5.2.2 裂纹缺陷评价实验结果及分析
5.2.3 缺陷评价影响因素研究
5.3 超声波无损检测技术评价激光熔覆层缺陷结果验证
5.3.1 横通孔缺陷定量评价结果验证
5.3.2 激光熔覆再制造齿轮缺陷检测结果验证
5.4 本章小结
第6章 激光熔覆再制造涂层应力检测实验研究
6.1 超声波声弹性理论
6.2 激光熔覆再制造涂层应力评价实验研究
6.2.1 实验材料及设备
6.2.2 试样的制备
6.2.3 实验方法
6.2.4 Fe314激光熔覆层声弹系数标定实验结果与分析
6.3 表面超声波应力评价影响因素分析
6.3.1 激光熔覆层微观组织及未知残余应力对应力评价的影响
6.3.2 表面超声波传播时差计算精度对应力评价的影响
6.3.3 加载时试样变形对应力评价的影响
6.4 表面超声波检测激光熔覆层应力结果验证
6.4.1 外加载荷作用下激光熔覆层应力检测
6.4.2 外加载荷为零时激光熔覆层应力检测
6.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
作者简介
本文编号：3547720
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