本文關(guān)鍵詞：超聲波無損測量與評價鋁合金內(nèi)部應(yīng)力的研究

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【摘要】：鋁合金材料具有較小的密度,較高的比強度,低廉的價格和良好的耐蝕性,廣泛應(yīng)用于航空航天,交通運輸?shù)阮I(lǐng)域中。材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力經(jīng)常產(chǎn)生于材料受到非均勻塑性變形或熱處理的過程中。內(nèi)部殘余應(yīng)力的存在嚴重影響了航空鋁合金結(jié)構(gòu)件的力學性能、尺寸穩(wěn)定性與使用壽命。所以有必要對其內(nèi)部應(yīng)力進行測量與評價。內(nèi)部殘余應(yīng)力的無損測量多年來一直是人們關(guān)注的問題,現(xiàn)有大部分殘余應(yīng)力無損測量方法難以實現(xiàn)對材料內(nèi)部應(yīng)力的無損測量,而新興的短波X射線衍射法、中子衍射法尚處于起步階段,其檢測效率低,對防護控制和環(huán)境要求較高,并且檢測成本過高,難以進行工程應(yīng)用。本文通過對超聲波在含有內(nèi)部應(yīng)力材料中傳播規(guī)律的研究,以工程應(yīng)用為導向,研究了一種新的無損評價內(nèi)部應(yīng)力的方法,并利用此技術(shù)對7075鋁合金預(yù)拉伸板、LC4鋁合金棒材等典型產(chǎn)品中的內(nèi)部應(yīng)力進行了無損測量與評價。利用1MHz與5MHz的臨界折射縱波換能器和垂直入射的5MHz偏振橫波換能器分別對鋁合金預(yù)拉伸板以及鋁合金棒材的內(nèi)部應(yīng)力與超聲波的關(guān)系進行了研究,并對此方法的應(yīng)力測量結(jié)果與破壞法結(jié)果進行對比,試驗結(jié)果如下:第一,利用臨界折射縱波可測量近表面幾個毫米范圍內(nèi)沿其傳播方向上的應(yīng)力分量。單軸拉伸時,應(yīng)力方向與臨界折射縱波傳播方向的夾角越小,其速度受應(yīng)力影響越大,而垂直于應(yīng)力方向傳播的臨界折射縱波傳播時間和速度變化不大,因此可以采用臨界折射縱波可以測量含應(yīng)力的材料中與之傳播方向相同的應(yīng)力分量的大小。第二,利用垂直入射的偏振橫波可以無損評價整個傳播路徑上的平面應(yīng)力場。在無應(yīng)力時,平行于擠壓方向偏振的橫波和垂直于擠壓方向偏振的橫波的速度差異不大,棒材的各向異性對不同方向偏振橫波速度的影響不明顯。當施加應(yīng)力后,平行于應(yīng)力方向偏振的橫波傳播時間升高,垂直于應(yīng)力方向偏振的橫波傳播時間降低;在剔除材料彈性變形所帶來的聲傳播距離變化的影響后發(fā)現(xiàn),平行于應(yīng)力方向偏振的橫波聲速降低,垂直于應(yīng)力方向偏振的橫波聲速升高;與偏振方向平行的應(yīng)力對橫波速度的影響大于與偏振方向垂直的應(yīng)力對聲速的影響。另外,根據(jù)聲的雙折射現(xiàn)象可以評估材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的性質(zhì)和大小。本試驗提供了一種無損測量材料內(nèi)部平面應(yīng)力場的方法,可以對材料內(nèi)部應(yīng)力進行無損評價。第三,超聲法應(yīng)力測量結(jié)果與鉆孔法測量結(jié)果在應(yīng)力分布趨勢上具有較好的一致性,但應(yīng)力絕對大小的確定還有待于測量精度的提高。利用鉆孔法對超聲波無損評價研究進行了驗證,獲得超聲法殘余應(yīng)力測量趨勢與鉆孔法測量給出的應(yīng)力的趨勢很相似,兩種方法獲得的絕對殘余應(yīng)力值的差異是由于其測量范圍不同所造成的。使用鉆孔法驗證了超聲波無損測量應(yīng)力的準確性,同時說明超聲波無損測量應(yīng)力這一方法是可行和有效的。
【關(guān)鍵詞】：應(yīng)力測量 超聲法 無損評價 鋁合金棒材 鋁合金預(yù)拉伸板
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG115.285
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-34
• 1.1 選題的背景及意義10-12
• 1.1.1 航空鋁合金10-11
• 1.1.2 殘余應(yīng)力的影響11-12
• 1.2 超聲波無損評價殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)理論12-31
• 1.2.1 材料中的殘余應(yīng)力12
• 1.2.2 材料中殘余應(yīng)力的測量或評價方法12-21
• 1.2.2.1 破壞性殘余應(yīng)力測量方法12-15
• 1.2.2.2 無損殘余應(yīng)力測量方法15-20
• 1.2.2.3 選擇超聲法測量鋁合金產(chǎn)品殘余應(yīng)力的原因20-21
• 1.2.3 超聲波的聲彈性效應(yīng)21-24
• 1.2.3.1 聲彈性效應(yīng)的描述21-23
• 1.2.3.2 聲彈性效應(yīng)與光彈性效應(yīng)23-24
• 1.2.4 超聲測量應(yīng)力的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展24-31
• 1.2.4.1 超聲波測量方法與技術(shù)24-26
• 1.2.4.2 測量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀26-31
• 1.3 本文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處31-33
• 1.3.1 研究內(nèi)容31-32
• 1.3.2 創(chuàng)新之處32
• 1.3.3 技術(shù)路線32-33
• 1.4 本章小結(jié)33-34
• 第2章 臨界折射縱波與鋁合金預(yù)拉伸板內(nèi)部應(yīng)力的關(guān)系研究34-45
• 2.1 臨界折射縱波的激發(fā)34-35
• 2.2 試樣制備與臨界折射縱波的測量系統(tǒng)35-38
• 2.2.1 試樣制備35-36
• 2.2.2 臨界折射縱波應(yīng)力測量系統(tǒng)36-38
• 2.3 外界條件對臨界折射縱波的影響38-39
• 2.3.1 耦合條件對測量結(jié)果的影響38
• 2.3.2 溫度對測量結(jié)果的影響38-39
• 2.4 臨界折射縱波與預(yù)拉伸板內(nèi)部應(yīng)力的關(guān)系研究39-43
• 2.4.1 臨界折射縱波與應(yīng)力39-40
• 2.4.2 應(yīng)力分布對臨界折射縱波方向性影響的研究40-43
• 2.5 縱波與預(yù)拉伸板內(nèi)部應(yīng)力的關(guān)系研究43-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 第3章 超聲偏振橫波與鋁合金棒材內(nèi)部應(yīng)力的關(guān)系研究45-58
• 3.1 垂直入射的超聲偏振橫波45
• 3.2 試樣制備與偏振橫波應(yīng)力測量系統(tǒng)45-47
• 3.2.1 試樣制備45-46
• 3.2.2 偏振橫波應(yīng)力測量系統(tǒng)46-47
• 3.3 外部條件對超聲偏振橫波的影響47-49
• 3.3.1 耦合條件對測量結(jié)果的影響47-48
• 3.3.2 溫度對測量結(jié)果的影響48
• 3.3.3 材料各向異性對測量結(jié)果的影響48-49
• 3.4 超聲偏振橫波與鋁合金棒材內(nèi)部應(yīng)力的關(guān)系研究49-57
• 3.4.1 材料性質(zhì)影響的研究49-50
• 3.4.2 應(yīng)力對材料減薄的影響50-51
• 3.4.3 超聲偏振橫波與應(yīng)力分布的關(guān)系51-55
• 3.4.4 超聲雙折射與應(yīng)力的關(guān)系55-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 第4章 超聲法測量鋁合金內(nèi)部應(yīng)力的驗證58-68
• 4.1 試驗原理58-59
• 4.2 試驗對象與過程59-62
• 4.2.1 試驗對象59-60
• 4.2.2 試驗過程60-62
• 4.2.2.1 超聲法試驗過程60
• 4.2.2.2 鉆孔法試驗過程60-62
• 4.3 試驗結(jié)果62-64
• 4.3.1 超聲法測量結(jié)果62-63
• 4.3.2 鉆孔法測量結(jié)果63-64
• 4.4 結(jié)果分析64-67
• 4.5 本章小結(jié)67-68
• 第5章 結(jié)論與展望68-70
• 5.1 結(jié)論68-69
• 5.2 展望69-70
• 參考文獻70-73
• 發(fā)表論文和參加科研情況73-74
• 致謝74-75

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本文編號：1017115