機械構件疲勞裂紋的雷射超聲檢測新方法研究

《機械構件疲勞裂紋的雷射超聲檢測新方法研究》是依託浙江大學，由楊世錫擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：機械構件疲勞裂紋的雷射超聲檢測新方法研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：楊世錫
• 項目類別：面上項目

項目摘要

機械構件疲勞裂紋檢測方法對於提高機械裝備安全運行，防止事故發生具有重要理論和現實意義。項目針對機械構件疲勞裂紋檢測難題，利用雷射超聲技術無損、非接觸、高分辨、可達性好等特點，提出一種機械構件疲勞裂紋雷射超聲檢測新方法，攻克系列適應工業套用環境下機械構件裂紋雷射超聲檢測的技術。項目的主要研究內容包括：研究基於熱彈效應的的雷射超聲產生及超音波傳播理論；研究機械構件疲勞裂紋萌生與擴展機理，建立機械構件疲勞裂紋擴展模型；研究雷射超聲信號時頻特徵與裂紋特徵之間映射關係，建立機構構件雷射超聲信號模型；研究雷射熱彈的裂紋超聲信號特徵提取和參數識別技術；提出一種基於雷射超聲的機械構件疲勞裂紋檢測方法；研製機械構件疲勞裂紋雷射超聲檢測實驗平台；形成一套基於雷射超聲的機械構件疲勞裂紋無損檢測的理論、方法和技術體系。項目研究對促進機械構件疲勞裂紋無損檢測的理論發展，保障機械系統的安全可靠運行具有重要理論意義。

結題摘要

機械構件在加工及服役過程中，受各種複雜交變、循環應力影響，其表面及內部不可避免地會產生疲勞裂紋。如果不能及時對微裂紋進行檢測，並採取必要措施進行維修，微裂紋會逐漸擴展，進而影響整個設備系統的穩定性與安全性，甚至可能導致災難性的突發後果，造成巨大的經濟損失。因此，機械構件的疲勞裂紋檢測方法研究對提高設備安全性、穩定性，防止事故發生具有重要理論與現實意義。 本課題針對機械構件疲勞裂紋檢測難題，利用雷射超聲技術無損、非接觸、高解析度、寬頻域、可達性好等特點，提出了一種機械構件疲勞裂紋檢測新方法，搭建了一套機械構件疲勞裂紋的雷射超聲檢測系統，解決了雷射超聲疲勞裂紋檢測技術在工業套用難題。 項目主要研究成果包括：1、掌握了基於熱彈效應的雷射超音波激發、傳播機理。通過數值仿真分析，掌握了光源參數，如雷射半徑、脈衝寬度等對所激發聲波特性的影響，得到了最優激發參數。研究了聲波在變截面桿傳播過程中幅值、頻率範圍變化規律，得到了針對不同傳播路徑的最優激發波形參數值；2、推導了雷射超聲信號時頻特徵與疲勞裂紋特徵之間的映射關係，建立了機械構件疲勞裂紋、超聲信號作用模型；3、提出多種超聲、裂紋耦合信號特徵提取與參數識別技術。因疲勞裂紋尺寸相對較小，且多呈非線性特徵，傳統超聲檢測技術所使用的超聲線性特徵參數不再適用，特提出多種對微裂紋更敏感的非線性特徵參數，可有效對裂紋進行表征；4、提出一系列雷射超聲的機械構件疲勞裂紋檢測新方法；5、搭建了一整套機械構件疲勞裂紋的雷射超聲檢測實驗系統。利用所搭建系統對含有人工缺陷的各類試件及實際服役的壓縮機缸體等機械構件疲勞裂紋進行了檢測。結果表明所提方法能有效檢測裂紋位置、尺寸等相關信息；6、形成了一整套基於雷射超聲的機械構件疲勞裂紋無損檢測的理論、方法和技術體系。 該項目研究對促進機械構件疲勞裂紋無損檢測理論發展，保障機械系統的安全可靠運行具有重大意義。