带涂层圆柱形零件表面缺陷的激光超声特性研究

论文摘要

圆柱形金属零件是工业中重要的承载部件,在工程实际中零件的表面往往会产生微裂纹,对零件的性能和寿命产生严重的影响。传统无损检测方法基本属于接触式检测,其存在着无法适应高温、腐蚀性等恶劣环境的不足。激光超声无损检测技术是近些年发展起来的一项无损检测技术,其具有非接触、无损伤、高的时间和空间分辨率等优点,已经成为了无损检测领域研究的热点之一。本文基于激光超声技术研究了带涂层圆柱形零件表面缺陷的激光超声特性,主要的研究内容如下:本文首先基于基本热弹性理论分析了在金属圆柱表面激光超声激发的基本原理,并且阐述了激光超声无损检测技术的基本方法以及激光超声有限元分析的基本理论。为了研究带涂层圆柱表面缺陷的激光超声特性,建立了带涂层圆柱形零件的有限元模型,对表面涂层对超声表面波信号的影响、表面缺陷与超声波信号之间的关系展开了数值模拟研究。为了研究金属表面涂层的影响,建立了在不同涂层厚度下金属圆柱形零件有限元模型,对有无涂层时金属圆柱表面的温度场、位移场结果进行了分析。当有涂层存在时,由于材料热物理参数的差异,其温度场分布存在着较大的区别。位移场的结果表明,金属镍涂层会使超声表面波信号中存在频散现象。同时,在不同涂层厚度下声表面波波速也不同。为了实现表面缺陷的检测,建立有无涂层时带不同缺陷深度的金属圆柱有限元模型,对得到的反射和透射表面波信号进行了分析。研究结果表明,在不带涂层和涂层厚度为200μm和400μm时,在反射信号中存在着特征波峰RR与RS,并且它们之间的时间差?t与缺陷深度之间存在着分阶段线性关系;在经过裂纹后的透射信号中,有涂层的时域信号其信噪比较差,难以用来进行缺陷识别。有涂层存在时,透射信号的频域信号的幅值随着缺陷深度的增加而减小。本文的研究结果将为激光超声检测技术在带涂层圆柱零件表面缺陷检测提供有意义的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 课题的研究背景
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 激光超声技术发展历程
•     1.2.2 激光超声无损检测研究现状
•   1.3 课题主要研究工作及结构安排
• 2 激光超声波的激发与缺陷检测基本原理
•   2.1 层状材料激光超声基本热弹理论分析
•   2.2 激光超声表面缺陷检测方法
•     2.2.1 飞行时间散射法
•     2.2.2 扫描激光源法
•     2.2.3 投捕法
•     2.2.4 激光超声信号的探测方法
•   2.3 激光超声的有限元分析
•     2.3.1 激光超声有限元法基本理论
•     2.3.2 有限元单元与时间步长选择
•   2.4 本章小结
• 3 带涂层金属圆柱表面激光超声数值模拟
•   3.1 线源激光热-结构耦合模型
•     3.1.1 数值模型的建立
•     3.1.2 激光和材料有关参数
•     3.1.3 有限元网格的划分与时间步长选取
•   3.2 激光作用下瞬态温度场分析
•     3.2.1 无涂层时温度场结果分析
•     3.2.2 带涂层时温度场结果分析
•   3.3 激光在圆柱零件表面激发的超声表面波分析
•     3.3.1 无涂层时激发超声表面波信号分析
•     3.3.2 带涂层时激发超声表面波信号分析
•   3.4 涂层对激发超声表面波信号的影响
•     3.4.1 涂层对于声表面波时频域信号的影响
•     3.4.2 涂层对表面瑞利波波速的影响
•   3.5 本章小结
• 4 激光与金属圆柱表面缺陷相互作用机理分析
•   4.1 不带涂层时表面缺陷与激光超声表面波信号作用规律
•     4.1.1 缺陷对超声表面波时频域信号影响
•     4.1.2 缺陷深度与表面反射信号之间的关系
•     4.1.3 缺陷与透射信号之间的关系
•   4.2 带涂层时表面缺陷与激光超声表面波信号作用规律
•     4.2.1 缺陷对超声表面波时频域信号影响
•     4.2.2 缺陷深度与表面反射信号之间的关系
•     4.2.3 缺陷与透射信号之间的关系
•   4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄义敏

导师: 徐志祥

关键词: 激光超声,涂层,圆柱形零件,表面缺陷

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,金属学及金属工艺,无线电电子学

单位: 大连理工大学

分类号: TG115.28;TN24

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.002708

总页数: 53

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