【摘 要】
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金属板材广泛应用于电工装备、机械加工、航天航空等诸多领域,其在服役期间不免受到循环载荷、高温及腐蚀的作用,从而造成金属板材内部产生位错及疲劳损伤。如果对这些微小损伤不能及时检测并采取措施,疲劳损伤会在外部载荷作用下继续扩展出现宏观裂纹,最终造成板材断裂,发生严重事故。因此,金属构件早期疲劳损伤的准确检测和疲劳寿命评估是预防大型装备失效的关键。本文基于电磁超声同侧混频检测方法对疲劳损伤铝板的超声非线
【基金项目】
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国家自然科学基金（51777052）基于高能电磁脉冲激励的金属构件早期疲劳损伤定量检测方法研究,2018.01-2021.12；
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金属板材广泛应用于电工装备、机械加工、航天航空等诸多领域,其在服役期间不免受到循环载荷、高温及腐蚀的作用,从而造成金属板材内部产生位错及疲劳损伤。如果对这些微小损伤不能及时检测并采取措施,疲劳损伤会在外部载荷作用下继续扩展出现宏观裂纹,最终造成板材断裂,发生严重事故。因此,金属构件早期疲劳损伤的准确检测和疲劳寿命评估是预防大型装备失效的关键。本文基于电磁超声同侧混频检测方法对疲劳损伤铝板的超声非线性特性进行研究,主要包括如下内容:1)对同侧混频与异侧混频两种激励方式进行对比分析,采用新激励方式的同侧混频方法;根据选频公式,选择不同频率、不同模态的两种激励信号并对这两种信号的混频效应进行分析;为了满足对试件的不同位置进行检测的要求,对两基波线圈的位置与间距进行了分析,选择出更加合理的线圈摆放位置及间距参数;基于双面激励理论设计出能够激发两种不同频率、不同模态Lamb波的混频电磁超声换能器。2)在弹簧界面力模型及双面激励理论的基础上构建了混频电磁超声二维仿真模型,对Lamb波单一模态波的激发进行分析,研究在有无界面力模型的条件下接收信号时域、频域的变化情况并据此来判断铝板是否有疲劳损伤;通过检测铝板不同位置处非线性系数大小的变化情况来对损伤位置进行定位;研究界面力参数、换能器结构参数以及裂纹深度对超声非线性的影响。3)在二维仿真模型的基础上建立了更加符合实际裂纹波动情况的混频电磁超声三维仿真模型,对三维模型中电磁超声的传播与裂纹波动情况进行分析;基于三维仿真模型对有疲劳损伤铝板进行检测,对损伤区域进行定位,研究裂纹长度对超声非线性的影响。4)搭建混频电磁超声非线性检测系统,对单一模态波的激发及混频激励信号频率选择进行了实验研究;分析了疲劳周期与裂纹长度之间的关系,对有疲劳损伤试件进行混频检测实验研究,对裂纹区域进行了定位,实验结果和理论分析相一致;研究了不同裂纹长度与疲劳循环加载周期对混频非线性的影响,在此基础上拟合出复合非线性系数与疲劳寿命之间的关系,并通过测试试件验证了拟合函数曲线对疲劳试件寿命预测的可行性。
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