金属构件疲劳损伤非线性超声检测方法研究
发布时间：2022-02-22 14:29
在各类装备中广泛使用板状或类板状的金属构件,疲劳是金属构件的主要损伤形式之一。疲劳的产生会使服役中的构件出现晶格位错、微塑性变形、微裂纹、残余应力集中等现象,如果不及时采取相应的措施,在循环载荷作用下微裂纹将会不断扩展,最终造成构件疲劳断裂,甚至会引起灾难性的事故。因此,金属构件早期疲劳损伤的检测与评估,对于确保金属构件的可靠性具有重要的理论和工程应用价值。但是金属构件早期疲劳损伤难以检测,是亟待解决的难题。金属构件疲劳损伤的非线性超声检测机理是利用超声波在金属构件中传播时,与材料中的疲劳损伤（如晶格位错或微裂纹等微缺陷）相互作用,使超声波波形发生畸变,产生高次谐波分量,利用超声非线性特征参数对材料微缺陷的敏感程度表征材料的非线性特性,从而实现对金属构件疲劳损伤的检测。针对上述问题,本文在国家自然科学基金项目的支持下,研究非线性超声理论和疲劳构件中微塑性变形、微裂纹和残余应力等疲劳损伤的非线性超声表征方法。以金属板材为对象,设计了非线性超声检测系统,研究了拉伸/压缩试验、疲劳弯曲实验过程中超声二阶、三阶相对非线性系数的变化规律,研究了加载过程中材料显微组织的变化,从微观角度分析了非线性...
【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】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号列表
第1章 绪论
1.1 研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 线性超声参数对疲劳损伤的敏感度
1.2.2 非线性超声参数对疲劳损伤的敏感性
1.3 论文的主要研究工作及内容安排
第2章 非线性超声传播理论
2.1 非线性超声波动理论
2.1.1 基本假定
2.1.2 固体介质中非线性波动方程
2.1.3 非线性波动方程的求解
2.2 超声非线性系数与金属构件疲劳损伤的关系
2.2.1 超声非线性系数的分析
2.2.2 金属疲劳损伤引起超声传播非线性机理
2.3 本章小结
第3章 疲劳构件中非线性超声的位错表征理论
3.1 超声非线性系数的位错单极模型
3.2 超声非线性系数的位错偶模型
3.3 超声非线性系数的位错综合模型
3.4 本章小结
第4章 疲劳构件中残余应力的非线性超声表征方法
4.1 残余应力的超声波检测基本理论
4.2 残余应力对超声非线性系数的影响
4.3 应力非线性超声检测实验研究
4.3.1 非线性超声检测系统
4.3.2 45钢非线性超声检测实验研究
4.3.3 2A12铝合金非线性超声检测实验研究
4.3.4 GH4169高温合金非线性超声检测实验研究
4.4 应力非线性检测系统特性研究
4.5 本章小结
第5章 疲劳构件中微裂纹的非线性超声表征方法
5.1 微裂纹的超声表征机理
5.2 微裂纹的非线性超声表征方法
5.2.1 微裂纹弹性接触模型
5.2.2 微裂纹非线性弹簧模型
5.3 基于有限元分析的微裂纹超声非线性系数的研究
5.4 微裂纹非线性超声检测实验研究
5.4.1 45钢微裂纹检测实验研究
5.4.2 2A12铝合金微裂纹检测实验研究
5.5 塑形变形的非线性超声表征方法
5.6 本章小结
第6章 基于超声非线性和概率分析的疲劳寿命预测方法
6.1 金属构件疲劳累积损伤理论
6.2 基于概率分析的疲劳寿命预测方法
6.3 金属构件疲劳寿命非线性超声检测实验研究
6.3.1 疲劳试件的材料及制作
6.3.2 疲劳弯曲试验
6.3.3 疲劳寿命非线性超声检测实验系统
6.3.4 45钢疲劳寿命非线性超声检测实验研究
6.3.5 2A12铝合金疲劳寿命非线性超声检测实验研究
6.3.6 GH4169高温合金非线性超声检测实验研究
6.3.7 基于非线性超声疲劳寿命预测分析
6.4 疲劳寿命的预测误差分析
6.5 本章小结
结论
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
【参考文献】：
期刊论文
[1]残余应力的超声检测方法[J]. 徐春广,宋文涛,潘勤学,李骁,靳鑫,刘海洋. 无损检测. 2014(07)
[2]复合结构界面粘接质量的非线性超声检测[J]. 江念,王召巴,金永,陈友兴. 兵工学报. 2014(03)
[3]螺栓拉应力超声无损检测方法[J]. 徐春广,李骁,潘勤学,宋文涛. 应用声学. 2014(02)
[4]列车外圆弹簧疲劳损伤的非线性超声测试[J]. 税国双,黄蓬,汪越胜. 声学学报. 2013(05)
[5]非线性超声检测镁合金早期疲劳的试验研究[J]. 颜丙生,刘自然,张跃春,汤宝平. 机械工程学报. 2013(04)
[6]SiCp颗粒增强铝基复合材料非共线非线性响应试验观察[J]. 刘斯明,彭地,赵翰学,周正干. 机械工程学报. 2012(22)
[7]基于群速度失配的超声兰姆波二次谐波的时域测量方法[J]. 邓明晰,项延训,裴俊峰,刘良兵. 声学学报. 2012(06)
[8]基于最快衍射波时差法的实时定量化疲劳裂纹监测(英文)[J]. 杜朝亮,王奕首,高东岳,刘科海,卿新林. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(11)
[9]涂层接触疲劳损伤过程中的声发射小波分析[J]. 张志强,李国禄,王海斗,徐滨士,朴钟宇. 材料工程. 2012(09)
[10]镁合金早期疲劳损伤的非线性超声在线检测与原位微观观察(英文)[J]. 吴斌,颜丙生,何存富. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(12)
博士论文
[1]板状金属结构健康监测的非线性超声理论与关键技术研究[D]. 胡海峰.国防科学技术大学 2011
[2]不确定性疲劳寿命预测方法研究[D]. 王旭亮.南京航空航天大学 2009
[3]基于非线性超声特征的混凝土初始损伤识别和评价研究[D]. 陈小佳.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]齿轮齿根残余应力的超声无损检测与校准技术[D]. 靳鑫.北京理工大学 2015
本文编号：3639636
【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】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号列表
第1章 绪论
1.1 研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 线性超声参数对疲劳损伤的敏感度
1.2.2 非线性超声参数对疲劳损伤的敏感性
1.3 论文的主要研究工作及内容安排
第2章 非线性超声传播理论
2.1 非线性超声波动理论
2.1.1 基本假定
2.1.2 固体介质中非线性波动方程
2.1.3 非线性波动方程的求解
2.2 超声非线性系数与金属构件疲劳损伤的关系
2.2.1 超声非线性系数的分析
2.2.2 金属疲劳损伤引起超声传播非线性机理
2.3 本章小结
第3章 疲劳构件中非线性超声的位错表征理论
3.1 超声非线性系数的位错单极模型
3.2 超声非线性系数的位错偶模型
3.3 超声非线性系数的位错综合模型
3.4 本章小结
第4章 疲劳构件中残余应力的非线性超声表征方法
4.1 残余应力的超声波检测基本理论
4.2 残余应力对超声非线性系数的影响
4.3 应力非线性超声检测实验研究
4.3.1 非线性超声检测系统
4.3.2 45钢非线性超声检测实验研究
4.3.3 2A12铝合金非线性超声检测实验研究
4.3.4 GH4169高温合金非线性超声检测实验研究
4.4 应力非线性检测系统特性研究
4.5 本章小结
第5章 疲劳构件中微裂纹的非线性超声表征方法
5.1 微裂纹的超声表征机理
5.2 微裂纹的非线性超声表征方法
5.2.1 微裂纹弹性接触模型
5.2.2 微裂纹非线性弹簧模型
5.3 基于有限元分析的微裂纹超声非线性系数的研究
5.4 微裂纹非线性超声检测实验研究
5.4.1 45钢微裂纹检测实验研究
5.4.2 2A12铝合金微裂纹检测实验研究
5.5 塑形变形的非线性超声表征方法
5.6 本章小结
第6章 基于超声非线性和概率分析的疲劳寿命预测方法
6.1 金属构件疲劳累积损伤理论
6.2 基于概率分析的疲劳寿命预测方法
6.3 金属构件疲劳寿命非线性超声检测实验研究
6.3.1 疲劳试件的材料及制作
6.3.2 疲劳弯曲试验
6.3.3 疲劳寿命非线性超声检测实验系统
6.3.4 45钢疲劳寿命非线性超声检测实验研究
6.3.5 2A12铝合金疲劳寿命非线性超声检测实验研究
6.3.6 GH4169高温合金非线性超声检测实验研究
6.3.7 基于非线性超声疲劳寿命预测分析
6.4 疲劳寿命的预测误差分析
6.5 本章小结
结论
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
【参考文献】：
期刊论文
[1]残余应力的超声检测方法[J]. 徐春广,宋文涛,潘勤学,李骁,靳鑫,刘海洋. 无损检测. 2014(07)
[2]复合结构界面粘接质量的非线性超声检测[J]. 江念,王召巴,金永,陈友兴. 兵工学报. 2014(03)
[3]螺栓拉应力超声无损检测方法[J]. 徐春广,李骁,潘勤学,宋文涛. 应用声学. 2014(02)
[4]列车外圆弹簧疲劳损伤的非线性超声测试[J]. 税国双,黄蓬,汪越胜. 声学学报. 2013(05)
[5]非线性超声检测镁合金早期疲劳的试验研究[J]. 颜丙生,刘自然,张跃春,汤宝平. 机械工程学报. 2013(04)
[6]SiCp颗粒增强铝基复合材料非共线非线性响应试验观察[J]. 刘斯明,彭地,赵翰学,周正干. 机械工程学报. 2012(22)
[7]基于群速度失配的超声兰姆波二次谐波的时域测量方法[J]. 邓明晰,项延训,裴俊峰,刘良兵. 声学学报. 2012(06)
[8]基于最快衍射波时差法的实时定量化疲劳裂纹监测(英文)[J]. 杜朝亮,王奕首,高东岳,刘科海,卿新林. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(11)
[9]涂层接触疲劳损伤过程中的声发射小波分析[J]. 张志强,李国禄,王海斗,徐滨士,朴钟宇. 材料工程. 2012(09)
[10]镁合金早期疲劳损伤的非线性超声在线检测与原位微观观察(英文)[J]. 吴斌,颜丙生,何存富. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(12)
博士论文
[1]板状金属结构健康监测的非线性超声理论与关键技术研究[D]. 胡海峰.国防科学技术大学 2011
[2]不确定性疲劳寿命预测方法研究[D]. 王旭亮.南京航空航天大学 2009
[3]基于非线性超声特征的混凝土初始损伤识别和评价研究[D]. 陈小佳.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]齿轮齿根残余应力的超声无损检测与校准技术[D]. 靳鑫.北京理工大学 2015
本文编号：3639636
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