《考慮非線性及溫度影響的超聲表面波應力檢測基礎研究》是依託中國礦業大學，由胡而已擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：考慮非線性及溫度影響的超聲表面波應力檢測基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡而已
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以工程結構中常見材料（鋼材）為主要研究對象，開展基於超聲表面波聲彈性效應的關鍵機械結構應力無損檢測基礎研究。研究內容包括：(1)結構在有、無應力作用時的超聲表面波傳播特性變化的精確表征方法，將表面波傳播速度變化演化為一定聲程內傳播時間的變化特徵，探討採用數字相關法計算傳播時間差；(2)研究影響表面波聲彈性實驗精度的因素，並針對主要影響因素提出有效降低測量誤差的方法或措施；(3)從理論和實驗角度研究鋼材中表面波聲彈性效應的非線性特徵，分析非線性特徵的形成機理，深入研究表面局部塑性現象對表面波聲彈性效應的影響，探討基於非線性聲彈性效應的表面波應力檢測方法；(4)實驗研究極端溫度條件下的表面波聲彈性效應的特點，解決特殊環境中的表面波聲彈性應力檢測的基礎問題。其研究成果可為關鍵機械結構的超聲表面波法應力無損檢測奠定基礎，為大型、關鍵機械設備（如礦山裝備）的結構安全性評估提供新途徑和科學依據。
結題摘要
機械結構的可靠性和使用壽命與其關鍵構件的工程應力水平密切相關，因此結構應力檢測對機械裝備的安全性評估、維修加固以及後續新產品的最佳化設計均具有重要意義。本項目從超聲表面波的聲彈性物理效應出發，將超音波無損檢測技術引入到結構表面應力檢測中。項目遵循“表面波聲彈性效應的精確表征、提取→聲彈性效應的非線性特徵→特殊環境下的應力檢測”的研究主線。 研究了結構在應力作用下的超聲表面波傳播特性的變化規律的獲取方法。搭建並最佳化了由超聲信號發生儀、表面波組合探頭和數位訊號採集系統組成的聲彈性實驗研究平台。將表面波傳播速度的變化特徵演化為一定聲程內傳播時間的變化特徵，提出了採用數字相關方法進行傳播時間差的計算，有效地提高了聲彈性效應實驗的計算效率和精度。 測試了不同表面波探頭頻率對聲彈性效應敏感度的影響，實驗表明頻率為2.5MHz的表面波對鋼材表面的聲彈性效應最為敏感，可作為常用工程材料的表面波聲彈性實驗的探頭頻率的選擇依據。另外，實驗研究表明介質表面粗糙度和探頭壓緊力等因素對耦合性能均有影響，因此在進行聲彈性實驗時必須保證同等的表面耦合條件，以降低耦合誤差對實驗準確性的影響。 針對實驗過程中發現的表面波聲彈性效應的非線性現象，從塑性力學角度解釋了非線性特徵的形成機理。由於彈性介質表面的微缺陷處易產生應力集中，從而導致彈性體表面局部應力水平偏大，提前進入塑性區，導致傳播時間差與應力的關係呈非線性。該研究可為後續的結構表面應力腐蝕以及摩擦、磨損監測提供新的思路。 研究了變溫環境下的超音波的傳播特性變化規律。初步的實驗研究表明溫度在-20～70度變化時，材料的彈性模量呈增大趨勢，泊松比呈下降趨勢，為聲彈性曲線的修正提供了理論依據。項目研究成果初步套用於工程實際，對焊接殘餘應力進行了無損檢測，其應力檢測的相對誤差可控制在20％，並提出了二維應力測量中的主應力分離技術的解決方案，為裝備的結構安全性評估提供了新途徑。
