渦輪作為航空發(fā)動機(jī)的核心部件,工作環(huán)境惡劣,渦輪葉片、輪盤所處溫度與載荷有較大差異。而采用新型雙金屬鑲鑄工藝生產(chǎn)的渦輪因其一體性好、易于加工、成本較低等特點,具有傳統(tǒng)榫槽和榫齒連接結(jié)構(gòu)渦輪所不具備的優(yōu)勢。雙金屬鑲鑄渦輪因其特殊制作工藝,在雙金屬結(jié)合面處易出現(xiàn)結(jié)合不良等缺陷,因此對結(jié)合面缺陷的檢測十分重要。對于此種雙金屬鑲鑄工藝制作的渦輪,結(jié)合面結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺陷存在于內(nèi)部,常規(guī)檢測手段無法對其進(jìn)行檢測。本研究利用小角度縱波探頭和超聲相控陣探頭作為發(fā)射探頭,使用雙探頭側(cè)反射法對結(jié)合面進(jìn)行檢測。并利用有限元仿真軟件對接收波形進(jìn)行輔助判別,主要工作內(nèi)容如下:首先,對渦輪的幾何結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析,研究雙探頭側(cè)反射法檢測雙金屬結(jié)合面可行性。對渦輪輪盤的聲學(xué)特性進(jìn)行測量與分析,利用聲學(xué)參量對結(jié)合面缺陷波形特征進(jìn)行識別。其次,利用Comsol Multiphysics有限元軟件對單渦輪輪盤、平底孔缺陷渦輪,粘接缺陷渦輪中小角度縱波傳播規(guī)律進(jìn)行仿真模擬。并依據(jù)應(yīng)力云圖和探測點波形圖對接收波形進(jìn)行分析。最后,使用小角度縱波探頭和超聲相控陣探頭作為發(fā)射進(jìn)行檢測。選擇最佳檢測探頭參數(shù),制作三類人工缺陷模擬試樣,搭建雙探頭側(cè)反射法檢測系統(tǒng),設(shè)計渦輪結(jié)合面檢測流程。對模擬試樣進(jìn)行檢測,并對不同缺陷波形對比分析及定位。研究結(jié)果表明,確立了雙探頭側(cè)反射法對雙金屬結(jié)合面缺陷進(jìn)行檢測。有限元仿真接收波形首先出現(xiàn)為直通波,隨后為側(cè)壁或缺陷反射波,通過缺陷反射波的有無及幅值對缺陷進(jìn)行判定。小角度縱波探頭檢測表明,通過兩種探頭分三段可對結(jié)合面全部覆蓋,且接收波形與仿真規(guī)律一致。利用相控陣探頭配合15°楔塊降低直通波干擾,相控陣的偏轉(zhuǎn)和聚焦可對結(jié)合面進(jìn)行檢測并極大簡化檢測流程。
【學(xué)位單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：V263;TB559
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景及意義
        1.1.1 渦輪結(jié)構(gòu)介紹
        1.1.2 鎳基高溫合金應(yīng)用
        1.1.3 雙金屬渦輪檢測難點
    1.2 超聲波無損檢測技術(shù)
        1.2.1 常規(guī)超聲檢測技術(shù)
        1.2.2 超聲相控陣檢測技術(shù)
    1.3 渦輪檢測國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 課題主要研究內(nèi)容
第2章 雙金屬渦輪結(jié)構(gòu)特點及檢測原理研究
    2.1 渦輪結(jié)構(gòu)及檢測方法分析
    2.2 渦輪聲學(xué)特性研究
        2.2.1 渦輪聲速特性研究
        2.2.2 渦輪聲衰減特性研究
        2.2.3 渦輪聲阻抗特性研究
    2.3 雙探頭法檢測原理
        2.3.1 雙金屬復(fù)合材料結(jié)合層反射系數(shù)計算
        2.3.2 雙探頭側(cè)反射法
    2.4 本章小結(jié)
第3章 雙介質(zhì)聲傳播特性仿真研究
    3.1 有限元分析
        3.1.1 有限元仿真步驟
        3.1.2 COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件
    3.2 雙介質(zhì)聲傳播模式有限元仿真
        3.2.1 模型建立
        3.2.2 網(wǎng)格劃分
        3.2.3 加載與求解
    3.3 仿真結(jié)果及分析
        3.3.1 單渦輪輪盤模型
        3.3.2 人工缺陷渦輪模型
        3.3.3 仿真結(jié)果對比分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 小角度縱波檢測方法研究
    4.1 探頭基本參數(shù)
        4.1.1 探頭頻率
        4.1.2 探頭角度
    4.2 模擬試塊設(shè)計與制作
    4.3 檢測系統(tǒng)及流程
        4.3.1 試驗操作平臺
        4.3.2 檢測流程
    4.4 實驗結(jié)果及分析
        4.4.1 單輪盤試樣實驗結(jié)果分析
        4.4.2 打孔試樣實驗結(jié)果分析
        4.4.3 粘接試樣實驗結(jié)果分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 相控陣檢測方法研究
    5.1 相控陣探頭基本參數(shù)
        5.1.1 陣元數(shù)
        5.1.2 楔塊角度
    5.2 檢測系統(tǒng)及流程
        5.2.1 相控陣設(shè)備
        5.2.2 實驗操作平臺
        5.2.3 檢測流程
    5.3 實驗結(jié)果及分析
        5.3.1 單輪盤試樣實驗結(jié)果分析
        5.3.2 打孔試樣實驗結(jié)果分析
        5.3.3 粘接試樣實驗結(jié)果分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和參加科研情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2868062