基于光学低相干的材料裂纹检测技术研究

论文摘要

光学低相干技术作为光学相干层析成像(OCT)技术的基础,以其高分辨率、高实时性、非侵入、无损伤、无辐射以及成像显示直观等优势在材料无损检测领域的应用有着巨大的发展潜能。本课题对材料无损检测技术进行了综合调研,提出了一种无损伤、非侵入、高分辨率及高实时性的材料裂纹检测技术——基于光学低相干的材料裂纹检测技术。本文基于扫频光学低相干原理及材料裂纹检测需求设计搭建了裂纹检测系统,并围绕航空材料的裂纹扩展特性展开了研究。首先,根据小裂纹理论分析了材料小裂纹效应的产生原因与小裂纹扩展特性,并对本文采用的扫频光学低相干检测技术进行了理论研究,以此为基础设计搭建了扫频光学低相干裂纹检测系统。随后,为了研究材料的特性,对航空材料钛合金TC4与高温合金GH4169进行了拉伸性能测试试验,通过分析试验结果研究了材料的微观结构对其性能的影响。最后,将扫频光学低相干系统用于钛合金TC4与高温合金GH4169的裂纹扩展动态监测中。首先将扫频低相干系统的成像分辨率进行了标定,运用体绘制法对系统采集得到的裂纹二维成像图进行了三维重构,由系统获取的数据确定了材料的裂纹尺寸,并据此对材料TC4与GH4169的小裂纹扩展特性进行了深入研究,然后采用扫频低相干系统对材料的断面进行了成像检测,根据断面信息分析了材料的裂纹扩展及断裂特性,并研究了材料的强度与疲劳极限之间的关系。经标定,本文系统的检测分辨率可达到16μm,研究结果充分证明了光学低相干技术用于材料裂纹检测的可行性及其高分辨率、高实时性的优势。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 注释表
• 缩略词
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 材料无损检测技术概述
•   1.3 光学低相干技术发展概况
•     1.3.1 光学低相干技术简介
•     1.3.2 光学低相干技术的国内外研究现状
•   1.4 课题研究的意义和内容
•     1.4.1 课题研究意义
•     1.4.2 论文内容安排
• 第二章 基于小裂纹效应的光学低相干裂纹检测理论研究
•   2.1 疲劳裂纹扩展原理
•     2.1.1 疲劳裂纹扩展特性
•     2.1.2 疲劳裂纹扩展速率计算公式
•   2.2 小裂纹效应
•     2.2.1 小裂纹效应的产生原因
•     2.2.2 疲劳小裂纹的分类
•     2.2.3 疲劳小裂纹的扩展特性
•     2.2.4 小裂纹扩展速率公式
•   2.3 扫频光学低相干裂纹检测系统理论研究
•     2.3.1 扫频光学低相干裂纹检测技术基本原理
•     2.3.2 扫频光学低相干裂纹检测系统的性能参数
•   2.4 本章小结
• 第三章 扫频光学低相干系统搭建及材料拉伸性能试验
•   3.1 扫频光学低相干裂纹检测系统的搭建
•     3.1.1 扫频光学低相干裂纹检测系统硬件搭建
•     3.1.2 扫频光学低相干裂纹检测系统软件设计
•   3.2 系统检测信号的解调优化设计
•     3.2.1 基于相位提取的检测信号重采样处理
•     3.2.2 系统检测信号的均值采样处理
•     3.2.3 解调优化效果对比
•   3.3 钛合金材料拉伸性能试验研究
•     3.3.1 试验材料与试验方法
•     3.3.2 试验结果与分析
•   3.4 高温合金拉伸性能试验研究
•     3.4.1 试验材料与试验方法
•     3.4.2 试验结果与分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 基于扫频光学低相干的材料裂纹扩展动态监测研究
•   4.1 材料裂纹三维形貌重构实验研究
•     4.1.1 系统的裂纹形貌重构分辨率标定
•     4.1.2 体绘制裂纹三维形貌重构
•     4.1.3 裂纹尺寸的获取
•   4.2 钛合金材料裂纹扩展的扫频低相干动态监测研究
•     4.2.1 钛合金材料裂纹尺寸的获取
•     4.2.2 裂纹扩展特性研究
•   4.3 高温合金裂纹扩展的扫频低相干动态监测研究
•     4.3.1 高温合金裂纹尺寸的获取
•     4.3.2 裂纹扩展特性研究
•   4.4 材料断面成像实验研究
•     4.4.1 TC4 断面成像实验
•     4.4.2 GH4169 断面成像实验
•   4.5 实验误差分析
•     4.5.1 实验系统误差
•     4.5.2 实验随机误差
•   4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何明灿

导师: 朱永凯

关键词: 光学低相干,裂纹检测,小裂纹理论,拉伸性能,裂纹扩展特性,疲劳极限

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,材料科学

单位: 南京航空航天大学

分类号: TB302.5;O346.1

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000125

总页数: 73

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