腐蚀疲劳损伤非线性表面波检测技术研究

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金属材料广泛应用于海洋工程当中,其应用常见于船舶和海洋石油开采等行业。金属材料构件在长期服役的过程中,遭受着复杂腐蚀环境的腐蚀和大风大浪的冲击,腐蚀疲劳损伤是其主要的损伤形式之一,严重影响了金属材料构件及设备的耐久性和安全性。然而,传统的超声检测技术根本无法实现金属材料腐蚀疲劳损伤的检测,而非线性Rayleigh表面波可以检测金属材料腐蚀疲劳损伤中的非线性特征参数的变化情况。因此采用非线性Rayleigh表面波检测技术研究金属材料腐蚀疲劳损伤程度具有重要的理论价值和工程应用价值。本文介绍了非线性超声检测的基本原理,搭建了金属材料样品腐蚀疲劳损伤和非线性超声检测系统的实验平台,研究了Rayleigh表面波的检测方法,分析了实验系统、激励电信号的周期数、Rayleigh表面波的传播距离和换能器的频谱特性对实验结果的影响。基于Rayleigh表面波的检测方法,检测到了Rayleigh表面波的基波幅值和二次谐波幅值,计算出了超声非线性系数,得到了在不同的循环拉伸疲劳周数下超声非线性系数的变化情况,进而实现了金属材料样品腐蚀疲劳损伤的非线性超声检测。主要内容包括:(1)研究了不同的腐蚀环境对金属材料腐蚀疲劳损伤的影响;(2)研究了不同的加载频率对金属材料腐蚀疲劳损伤的影响;(3)研究了不同的应力比对金属材料腐蚀疲劳损伤的影响;(4)分析了金属材料的微观结构。实验结果表明:不同的腐蚀环境对金属材料腐蚀疲劳损伤的影响比较大;不同的加载频率对金属材料腐蚀疲劳损伤的影响很小;不同的应力比对金属材料腐蚀疲劳损伤的影响也比较大;超声非线性系数、金属材料的微观结构和宏观力学性能三者之间存在一定的关系,超声非线性系数可以作为金属材料的微观结构和宏观力学性能的中间,用来表征金属材料腐蚀疲劳损伤的过程,为采用非线性超声检测金属材料腐蚀疲劳损伤提供了一定的依据。
摘要第4-5页
abstract第5-6页
第一章 绪论第9-16页
    1.1 研究背景及意义第9-10页
    1.2 国内外研究现状第10-14页
        1.2.1 金属材料腐蚀疲劳损伤的研究现状第10-11页
        1.2.2 非线性超声检测技术的研究现状第11-14页
    1.3 主要研究内容第14-16页
第二章 非线性RAYLEIGH表面波检测原理及实验系统第16-34页
    2.1 非线性Rayleigh表面波检测原理第16-21页
        2.1.1 超声非线性系数第16-20页
        2.1.2 超声非线性系数和腐蚀疲劳损伤程度的关系第20-21页
    2.2 实验系统第21-33页
        2.2.1 腐蚀疲劳损伤实验平台第21-26页
        2.2.2 PA-100疲劳试验机简介第26-28页
        2.2.3 非线性超声检测平台第28-33页
    2.3 本章小结第33-34页
第三章 非线性超声检测系统的参数影响及数据处理第34-45页
    3.1 非线性超声检测系统的参数影响第34-39页
        3.1.1 实验系统的线性标定第34-36页
        3.1.2 激励电信号周期数对实验结果的影响第36-37页
        3.1.3 Rayleigh表面波的传播距离对实验结果的影响第37-38页
        3.1.4 发射和接收换能器的频谱特性第38-39页
    3.2 数据处理第39-43页
        3.2.1 信号的平均第40-41页
        3.2.2 窗函数的选择第41-43页
        3.2.3 傅里叶变换信号处理第43页
    3.3 本章小结第43-45页
第四章 非线性超声实验结果分析第45-57页
    4.1 不同的腐蚀环境对金属材料腐蚀疲劳损伤的影响第45-49页
    4.2 不同的加载频率对金属材料腐蚀疲劳损伤的影响第49-52页
    4.3 不同应力比对金属材料腐蚀疲劳损伤的影响第52-55页
    4.4 金属材料的微观结构分析第55-56页
    4.5 本章小结第56-57页
第五章 结论与展望第57-59页
参考文献第59-64页
攻读硕士学位期间发表的论文第64-65页
致谢第65-66页
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