【摘 要】
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增材制造试件处于温度场、应力场等物理场相互作用下,使得试件内部出现复杂的内应力。内应力释放引发的变形会降低试件的成形率和力学性能,因此在增材制造过程中进行内应力检测尤为重要。相比于其他应力检测方法,超声波检测法具有检测速度快、精度高等优点,适合应用于增材制造过程中。本文以飞机机匣钛合金薄壁试件为研究对象,依据声弹性理论,展开了超声应力检测的理论研究,设计了应用于增材制造的超声应力检测系统。主要完成
【基金项目】
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民用飞机重大专项科研项目“大型整体结构等离子弧/电弧增材制造工艺及装备技术”专题五“增材制造零件内应力在线检测与调控技术”
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增材制造试件处于温度场、应力场等物理场相互作用下,使得试件内部出现复杂的内应力。内应力释放引发的变形会降低试件的成形率和力学性能,因此在增材制造过程中进行内应力检测尤为重要。相比于其他应力检测方法,超声波检测法具有检测速度快、精度高等优点,适合应用于增材制造过程中。本文以飞机机匣钛合金薄壁试件为研究对象,依据声弹性理论,展开了超声应力检测的理论研究,设计了应用于增材制造的超声应力检测系统。主要完成的研究内容如下:针对内应力引起波速变化很小导致检测难度大,选择了对应力最为敏感的临界折射纵波（LCR波）,并根据snell定律确定了产生LCR波的第一临界角。重点研究了纵波的声弹性理论模型,经过对应力-声速公式的推导简化得出了应力和检测时间的换算关系。设计了超声应力检测系统的总体结构,确立了以FPGA为核心芯片的硬件电路检测系统,包含超声波发射和接收两大模块。其中,超声波发射模块由FPGA及外围接口电路、探头驱动电路和发射探头组成;信号接收模块主要由接收探头、信号调理电路和电压比较器等组成。并给出了配置电路、电源电路、接口电路、探头驱动电路、滤波放大电路等的设计与仿真以及核心芯片的选型。利用了verilog HDL完成了FPGA内部时序逻辑控制,实现包括实时通信、计时模块、数据传输和存储等功能。最后按照“局部-模块-系统”的思想对整个检测系统进行调试,对不同应力状态下的钛合金试件进行应力检测,结果能够有效反映内应力在试件中的分布情况,并基于超声应力检测系统给出了一种增材制造过程中变形控制方法。
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