应力状态下涂层结构内超声传播及检测分析

论文摘要

增材制造核心技术及工业化应用对于推动智能制造,提升国家制造业创新能力具有重要意义。而如何准确量化增材制造技术成形后涂层内的残余应力,实现残余应力的精准无损检测是增材制造技术发展所面临的首要问题。本文为适应增材制造技术成形质量评估需求,在大量静载拉伸与压缩试验的基础上,以超声波无损检测为主要手段,结合等离子喷焊和激光熔覆等增材制造技术,研究了固体金属及其涂层结构材料内残余应力的超声波无损检测方法。主要包括以下研究内容:（1）分析金属及其涂层结构中材料分布及成形状态对超声各向异性传播过程的影响关系,基于声弹性理论,构建考虑金属及其涂层结构中材料分布、应力等因素的超声各向异性传播过程模型,提出了表征应力的参量（超声表观差值和超声表观线应变）和基于材料分布特性的应力-超声弹性系数。（2）设计残余应力场中的超声传播特性试验,结合等离子喷焊和激光熔覆技术及其它加工和热处理工艺制备了三种类型试件,并通过静载拉伸和压缩模拟试件内部残余应力分布状态;针对不同试件设定对应超声波检测参数,以试件中不同位置为标定,采集超声波信号（幅度和声程）,提取出表征应力的参数（超声表观线应变）,建立应力与超声表观线应变的映射关系。（3）通过理论模型与试验结果的对比分析,发现在不同超声波纵波传播方向和应力方向的关系下,理论模型与试验结果具有较好的一致性,且试验拟合关系式与理论模型关系式中的应力-超声弹性系数相差均小于8%,可以验证理论模型的有效性。基于所构建的应力-超声波传播模型及超声检测精度要求,分别提出了固体金属材料内缺陷无损检测的内应力影响修正方法和固体金属材料（单一金属或含涂层结构的复合材料）内残余应力的超声无损检测方法。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究的背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 涂层结构缺陷检测及质量评估研究
•     1.2.2 应力场无损检测技术研究
•   1.3 课题来源
•   1.4 本文主要工作及论文结构安排
•     1.4.1 论文的研究内容
•     1.4.2 论文的结构
• 第二章 基于声弹性理论的应力-超声传播模型
•   2.1 理论基础
•     2.1.1 固体材料中超声波传播特性
•     2.1.2 残余应力基本理论
•     2.1.3 超声波检测的原理
•   2.2 固体金属及其涂层材料中超声传播与应力关系
•     2.2.1 一般固体弹性介质中应力-超声波传播模型
•     2.2.2 含涂层结构固体金属材料中应力-超声波传播模型
•   2.3 本章小结
• 第三章 残余应力场中超声传播特性试验
•   3.1 应力-超声检测试验方案的设定
•   3.2 应力-超声检测试验试件的设计与制备
•     3.2.1 试验材料选用
•     3.2.2 试件类型
•   3.3 应力-超声检测试验
•     3.3.1 应力-超声检测试验原理
•     3.3.2 应力-超声检测试验参数设定
•     3.3.3 试验数据采集及统计
•   3.4 结果统计与分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 涂层结构中残余应力的超声检测方法
•   4.1 金属及其涂层结构中残余应力的形成及危害
•   4.2 理论模型与试验结果比较
•   4.3 基于理论模型提出的两种方法
•     4.3.1 含涂层结构材料的内应力超声无损检测方法
•     4.3.2 单一材料中缺陷的超声无损检测的内应力影响修正方法
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 詹伟

导师: 柯庆镝,魏邦福

关键词: 内应力,超声检测,涂层结构,应力超声波传播模型

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,物理学,金属学及金属工艺,金属学及金属工艺

单位: 合肥工业大学

基金: 国家自然科学基金面上项目“阵列超声在涂层结构中各向异性传播机理及应力场分布监测方法,51875162”

分类号: TG115.285;TG174.4;O344.1;O426

DOI: 10.27101/d.cnki.ghfgu.2019.000116

总页数: 75

文件大小: 4505K

下载量: 81