《承壓鋼材微結構損傷的非線性超聲表征及信號處理》是依託上海大學，由馬世偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：承壓鋼材微結構損傷的非線性超聲表征及信號處理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬世偉
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
服役中承壓鋼材的微結構損傷是影響設備使用壽命並構成安全隱患的主要因素，但現有常規超聲探傷技術和其它無損檢測技術都難以對其進行有效評判。由於材料非線性超聲效應反映了材料內部具有分布特性的微結構損傷對超音波的非線性動態回響，因而能更準確地表征這類損傷特性，為問題的解決提供了新的途徑。因此，本項目將從粗晶鋼材散射衰減對非線性超音波的影響分析與建模、鋼材晶粒尺寸的非線性超聲表征、非線性超聲檢測的信號處理方法、檢測系統配置與參數最佳化等幾個突出問題入手，選擇典型鋼種作為實驗對象，通過理論與機理分析、建模、數值分析和模型試驗等研究工作的開展，發展一種基於材料非線性超聲效應的無損檢測方法，包括有關的參數表征和信號處理方法及實驗手段，建立被測試樣的主要性能參數與非線性超聲參量的關係，評價其在不同工作環境下的損傷進展情況，為形成適用於這類材料損傷的無損檢測方法與損傷評價手段，提供可靠的理論依據與技術支撐。
結題摘要
針對材料損傷的超聲無損檢測評價技術，從非線性超聲場的理論模型、超聲檢測系統配置與參數最佳化、材料參數的超聲表征、超聲檢測信號處理方法、蘭姆波散射特性等幾個突出問題入手，選擇典型承壓鋼種和板類結構損傷模型，綜合利用理論與模型分析、機理分析、數值解析、仿真計算、實驗發展等手段，開展套用基礎研究。（1）構建了基於RITEC RAM-5000 SNAP的非線性超聲檢測實驗系統，通過對系統中激勵參數的最佳化選擇，採用高頻發射/接收探頭，可對被測試樣進行非線性超聲檢測實驗，對接收信號進行頻譜分析得到超聲非線性係數，可用來表征材料的損傷狀況。（2）以核電等領域套用的高強度結構鋼P91和SUS304不鏽鋼為主要被測材料，分別製備了具有不同微結構損傷（高溫熱損傷、拉伸變形）的試樣，開展超聲檢測實驗，結合材料結構與性能分析結果，研究了非線性超聲效應與材料參數的關係。結果表明：高溫損傷改變了鋼材內部的晶體結構，隨著加熱溫度的升高，晶粒長大和組織轉變明顯，超聲非線性係數也隨之增大；拉伸變形改變了鋼材的位錯密度，非線性係數和位錯密度均隨應變的增加而增大，且兩者的增加趨勢一致，表明了非線性超聲效應對於這類材料損傷檢測評價的有效性。（3）建立了一種利用有限元來計算鋼材高溫蠕變損傷的非線性超聲效應的方法，通過模擬鋼材高溫蠕變過程與聲波在損傷試樣中的傳播過程，得到回波信號並提取二次諧波分量，與相同條件下實驗結果的吻合驗證了模型的有效性，為非線性超聲評價提供了仿真模型。（4）針對缺陷或損傷對超音波的頻散特性、超聲信號的時變非平穩特性、測試迴路的噪聲影響等問題，研究了時頻分布和匹配追蹤等方法在多種模式超聲回波信號處理中的套用，為有效去除檢測信號中的冗餘信息、提高缺陷檢測精度提供了技術支撐。（5）提出了一種各向同性板圓形盲孔的蘭姆波散射解析模型，利用Mindlin板理論同時描述平面和彎曲波模式，利用波函式展開法和孔邊緣的邊界條件，對遠場散射的三種基本導波模式進行評估，並利用三維理論研究了板上圓形盲孔缺陷的高頻S0模式的散射特性。提出了一種基於泊松理論的分析模型，用來預測在遍歷各向同性複合板上的筒狀非均勻S0波的散射特性。這些研究為形成適用於板類結構損傷的無損檢測評價手段提供了理論模型。
