基于非线性Lamb波混频技术的复合板微裂纹方向识别研究

以非线性Lamb波混频技术为基础,对复合板中不同方向的微裂纹进行检测.采用数值模拟的方法,在三维复合板中通过提取和频分量,对Lamb波S0模态信号与微裂纹之间的非线性关系进行研究.利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,将微裂纹嵌入复合板模型的中心位置,并在板的四周加入混合人工吸收边界.在保持混频激励信号不变的情况下,改变复合板中微裂纹方向并对获得的时域信号进行傅里叶分析,之后利用和频边带和基频信号幅值,定义非线性参数β值并构造幅值比指向性图.仿真结果表明,随着板中裂纹方向的改变,Lamb波的散射方向也会发生改变,其传播路径满足反射定律,且前向散射信号的幅值比普遍大于后向散射的幅值比,与微裂纹方向垂直的接收信号幅值比最大.实验结果表明,该方法在误差允许的范围内成功实现了对任意微裂纹的方向识别.     

不同角度裂纹缺陷对材料动态断裂行为的影响

采用新型数字激光动态焦散线试验系统,对含相互垂直和相互共线两种裂纹缺陷介质在冲击载荷作用下的动态断裂行为进行了研究。结果表明:在动态冲击载荷的作用下,边裂纹缺陷处应力集中程度远大于试件的内部裂纹缺陷处应力集中程度;当裂纹从垂直内部裂纹缺陷的端部再次起裂时,表现为Ⅰ/Ⅱ复合型断裂;起裂后,裂纹的断裂模式很快由Ⅰ/Ⅱ复合型向Ⅰ型转化;而对于内部共线裂纹缺陷而言,裂纹的起裂和扩展始终表现为Ⅰ型断裂形式。当内部裂纹缺陷垂直于边裂纹时,内部垂直裂纹缺陷对边裂纹扩展的裂纹尖端的应力强度因子和裂纹扩展速度均有抑制作用;且当裂纹再次从内部垂直裂纹缺陷处起裂后,裂纹的扩展速度和应力强度因子也较共线裂纹缺陷时的高;裂纹扩展速度与裂纹尖端的动态应力强度因子呈正相关性。     

平板叶片非线性振动及疲劳试验

针对航空发动机压气机叶片掉角故障,提出了一种采用方形平板试件弯扭复合共振开展试验研究的方法,研究了试件非线性振动特性及振动疲劳试验方法。结果表明：叶片模拟试件存在十分复杂的“软硬化并存”非线性特征,对试件开展振动疲劳试验产生重要影响;由于非线性原因振幅具有明显的突跳现象,须使激振频率稍小于曲线峰值频率以保持振动状态的稳定;为了更精准地确定试件裂纹出现节点,在进行疲劳试验时针对试件制定裂纹判定标准;利用制定的裂纹判定标准可成功确定疲劳强度,验证了裂纹判定标准的有效性和可行性。     

3D打印铝合金力学性能的非线性超声检测

为了研究非线性超声检测技术评估材料抗拉强度的可行性,对不同成型角度下的3D打印铝合金材料进行非线性超声检测和力学拉伸试验。结果表明材料的抗拉强度、微观缺陷比率和超声非线性系数三者之间有很强的相关性。随着材料微观缺陷比率增大,超声非线性系数也随之增大,而抗拉强度呈现变小的趋势,因此超声非线性系数可以评价材料的强度。此外,对不同成型角度下的3D打印铝合金试件进行疲劳试验,发现疲劳加载后试件的超声非线性系数随着微裂纹萌生而增大。因此,非线性超声检测技术可用于3D打印铝合金材料力学性能的评估和微裂纹的检测。     

基于非线性频率分析的主泵故障诊断技术研究

针对非线性系统的故障诊断问题,采用非线性频率特性分析的故障监测方法,对主冷却剂泵转子的开裂纹故障进行定位识别.该方法建立主泵开裂纹故障的数学模型后,使用两个幅值不同正弦信号激励系统,从非线性输出频率响应函数得到主泵振动信号的频率响应,通过计算系统频域的故障特征值,定位出了裂纹故障的位置.使用Matlab和Simulink的仿真工具验证了该方法的有效性,因此该方法可以应用于主泵裂纹故障诊断的研究之中.     

金属疲劳裂纹声发射特性分析及检测概率研究

声发射信号特征参数可以反映结构损伤过程,针对声发射技术对结构损伤的检测概率问题,以金属疲劳裂纹检测试验为基础,首先利用声发射特征参数的趋势分析和关联分析法,对采集到的声发射信号进行了处理与分析;其次,根据贝叶斯理论,计算了声发射对一定长度疲劳裂纹的检测概率,可为利用声发射技术进行金属疲劳损伤检测时的信号分析,以及完善航空结构裂纹检测概率曲线手册提供参考。     

全光学非线性混频技术用于微裂纹检测的实验研究

采用全光学方法检测声波与开合裂纹相互作用后的非线性混频效应,达到检测裂纹位置的目的.激发光与加热光经过声光调制器后分别被调制为高频fH(几十kHz)激发光和低频fL(几Hz)加热光.裂纹会在低频加热光辐照下周期性开合,激发光激发出频率为fH的声波与裂纹相互作用后产生非线性混频信号(fH±fL),由测振仪或光偏转装置接收声信号并送至锁相放大器.实验中辐照在样品上的激发光、加热光和检测光光斑始终重合.随着三束光源逐步靠近裂纹中心,混频信号幅值逐渐增大.当增大到最大值后(三束光源达到裂纹中心区域),混频信号幅值开始逐渐减小(三束光源逐渐远离裂纹区域)最终趋于平缓,此时混频信号消失.光学激发的激发光可以聚焦到很小(约几十微米),所以其具有较高的空间分辨率.研究结果表明,利用非线性光声混频效应来检测裂纹的方法对实际的闭合裂纹的检测灵敏度远高于传统的线性激光超声裂纹检测方法,可为裂纹的光声无损检测提供新的解决思路和技术.     

关于裂纹扩展速率测度中几个问题的分析

本文疲劳试验表明．在疲劳裂纹扩展过程中，试件表面和内部裂纹扩展情况不同，其 本质是扩展速率不等，不是滞后问题，由表面与内部裂纹长度的差别而引起的k误差不可 忽视。本文提出了对表面直读法的修正公式和修正方法．最后讨论了直三点弯曲试件在da／ dN测试中裂纹长度的合理取值范围。     

基于智能算法的涡流检测自然裂纹形状重构

人工制作了疲劳裂纹试样,利用一种小波分析方法对采集的疲劳裂纹涡流检测(ECT)信号进行了去噪预处理及信号特征提取,通过破坏性检测方法获得了裂纹的真实形状.在建立疲劳裂纹参数化模型的基础上,利用经过处理的裂纹ECT信号与裂纹形状参数样本库对径向基函数(RBF)神经网络进行训练.采用遗传算法,通过创建大量表示裂纹形状参数个体的初始种群,输入经过训练的神经网络,得到对应的ECT预测信号;然后运用改进的遗传策略进行迭代反演优化,对裂纹形状最优解进行搜索.重构结果表明该方法具有快速、精确的优点.     

连续波核磁共振信号的解析

以连续波核磁共振实验为基础,结合他激核磁共振实验方法,分析研究了示波器上显示的氢核核磁共振信号.结果显示,由于射频振荡电路中晶体管的非线性作用使共振信号与激励信号混频,示波器显示混频中产生的差频信号,实验结果同时解释了振幅衰减频率升高的尾波现象,完善了现有核磁共振边限振荡器理论存在的不足.     

钻杆接头螺纹部位疲劳裂纹的超声波检测

钻杆螺纹根部疲劳裂纹是钻杆钻井服役中产生的常见缺陷类型 ,是钻杆螺纹发生断裂的重要根源 .本文介绍了钻杆螺纹疲劳裂纹超声检测原理 ,设计了专用超声检测探头和检测装置 ,给出了检测试验结果 ,证明了钻杆螺纹疲劳裂纹超声检测的可行性和实用性     

基于PSO-LSSVM的疲劳裂纹漏磁定量识别技术

针对疲劳裂纹难以定量识别的问题,提出一种将主成分分析（PCA）和粒子群优化的最小二乘支持向量机（PSO-LSSVM）相结合的建模方法,通过建立漏磁信号与疲劳裂纹宽度、深度之间的非线性映射关系,对疲劳裂纹宽度、深度进行定量识别.搭建漏磁检测系统,采用疲劳拉伸试验制备一系列疲劳裂纹样本,通过疲劳裂纹漏磁定量识别实验,建立漏磁缺陷样本库,对基于PSO-LSSVM的疲劳裂纹漏磁定量识别方法的可行性进行验证.结果表明,该方法能够有效定量识别尺寸小于1 mm;疲劳裂纹的宽度、深度,误差在0.1 mm左右.      

压电复合材料中垂直于极化方向具有不对称共线裂纹的圆形孔口问题

利用复变函数方法,通过构造广义保角映射,研究了压电复合材料中垂直于极化方向具有不对称共线裂纹的圆形孔口问题,给出了电不可渗透边界条件下裂纹尖端的场强度因子和机械应变能释放率的解析解.在极限情形下,该解析解可给出具有对称共线裂纹的圆形孔口,带单裂纹的圆形孔口和Griffith裂纹等构型的相应结果.基于该解析解,通过数值算例讨论了具有不对称共线裂纹圆形孔口的裂纹长度以及半径对机械应变能释放事的影响规律,得到一些重要结论.     

一维正方准晶的共线周期性裂纹问题的应力分析

通过构造势函数,利用半逆解法研究了一维正方准晶平行于准周期方向的共线周期性裂纹问题,给出了该问题的应力和应力强度因子的解析解.当裂纹间距趋于无穷时,共线周期性裂纹退化为Griffith裂纹,得到一维正方准晶平行于准周期方向裂纹问题的结果.     

镍基高温合金GH4049高温疲劳小裂纹扩展规律的试验观察

对镍基高温合金GH4049在不同载荷与不同温度下疲劳小裂纹萌生和扩展进行了试验,利用复型技术和光学显微镜观测了裂纹尺寸演化全过程,发现高温疲劳损伤是一个多裂纹系统,且损伤起始于晶界,寿命前期是以裂纹萌生为主的均匀损伤,后期则为以裂纹扩展、合并为主的局部化损伤。     

三维表面裂纹扩展过程中的形状变化

本文对拉伸、弯曲以及它们的组合载荷作用下三维表面疲劳裂纹扩展过程中其形状的变化规律进行了理论推导和实验验证，并提出了弯曲载荷作用下裂纹形状比的实验公式。     

钛合金焊缝金属表面疲劳短裂纹的分形研究

采用覆型技术,对TC2钛合金焊缝金属表面疲劳短裂纹群体演化行为进行了实验研究,并应用分形理论对实验观测结果进行了分析·结果表明,钛合金焊缝金属表面群体疲劳短裂纹演化行为具有分形特征;随着疲劳进程中循环次数的不断增加,分形维数也随之增大,对应着材料的损伤在不断加剧;分形维数可以作为一个损伤变量,更好地描述材料的疲劳损伤及演化·     

结构关键部位疲劳裂纹检测技术研究

本文基于朴素贝叶斯分类方法,对lamb波信号的时频特征进行分类,从而监测结构关键部位的损伤状态。利用小波变换对压电传感元件接收到的Lamb波信号进行时间频率域分析,提取与损伤状态对应的损伤指标;在此基础上利用朴素贝叶斯分类器进行损伤状态的分类,得到结构关键部位的裂纹长度。典型结构关键部位（如接头耳片）的实验研究结果表明文中方法的有效性。     

基于工业CT图像的材料疲劳寿命预测

工业CT(industrial computer tomography,ICT)是在无损伤状态下得到材料断层的二维灰度图像,以图像的灰度来分辨被检断面内部裂纹的萌生、扩展情况.在分析材料的工业CT图像基础上,提出了一种疲劳寿命预测方法.首先将裂纹的萌生、扩展过程分为显微尺度细观裂纹、CT尺度裂纹和宏观裂纹3个阶段;然后采用不同的裂纹萌生、扩展标准对材料疲劳寿命进行预测;最后相加各阶段预测寿命,得到材料疲劳寿命.与疲劳累积损伤理论法、名义应力法等方法相比,该方法预测的材料疲劳寿命具有较高的精度.