發(fā)布時間：2020-07-23 23:36

【摘要】：在服役循環(huán)載荷作用下,制糖機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵零件會出現(xiàn)早期性能退化、疲勞損傷、裂紋、殘余應(yīng)力等服役損傷,這些損傷是影響制糖設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。因此,對制糖設(shè)備的零件服役損傷進(jìn)行有效的檢測與評估,對確保其安全服役具有很大的現(xiàn)實意義。利用超聲非線性技術(shù)對制糖設(shè)備中零件的應(yīng)力、疲勞損傷和疲勞裂紋進(jìn)行有效的檢測和表征。通過對超聲非線性技術(shù)的試驗研究,探究零件在不同服役損傷下的超聲非線性響應(yīng),分析超聲非線性特征參數(shù)、材料結(jié)構(gòu)變化和服役損傷之間的關(guān)聯(lián),利用超聲非線性參數(shù)對零件的服役損傷進(jìn)行表征。并利用超聲非線性技術(shù)對制糖設(shè)備關(guān)鍵零件——壓榨機(jī)齒輪的疲勞累計損傷進(jìn)行檢測。此外,根據(jù)超聲非線性輸出信號的特點(diǎn),利用現(xiàn)代非線性信號處理技術(shù)——混沌分形理論對超聲非線性輸出信號進(jìn)行分析,為超聲非線性檢測技術(shù)提供一種有效的分析方法。本文的主要工作包括:(1)利用超聲非線性技術(shù)表征金屬零件的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)金屬試件的應(yīng)力狀態(tài)增加時,超聲非線性系數(shù)對應(yīng)力變化的敏感系數(shù)遠(yuǎn)大于波速的敏感系數(shù);且基于超聲非線性系數(shù)的應(yīng)力檢測分辨率約為10MPa,而基于波速的應(yīng)力檢測分辨率為30MPa。因此,利用臨界折射縱波的非線性特性能夠有效的表征金屬零件的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)臨界折射縱波的傳播方向與應(yīng)力方向一致時,建立基于超聲非線性綜合參數(shù)的應(yīng)力預(yù)測模型,該模型能夠有效的預(yù)測試件的應(yīng)力狀態(tài);當(dāng)臨界折射縱波的傳播方向與應(yīng)力方向不一致時(分別沿X1和X2方向),分別建立X1和X2方向上的應(yīng)力預(yù)測模型,再根據(jù)平行四邊形法則計算主應(yīng)力的大小和方向,該方法能夠有效預(yù)測主應(yīng)力的大小和方向。(2)基于混頻技術(shù)的金屬零件疲勞壽命預(yù)測和疲勞裂紋檢測。對不同疲勞壽命的試件進(jìn)行共線混頻試驗,分析混頻非線性系數(shù)與試件疲勞壽命之間的關(guān)系,探究試件微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律,分析混頻非線性系數(shù)變化的根本原因。并提出混頻非線性綜合參數(shù),建立基于混頻非線性系數(shù)的疲勞壽命預(yù)測模型,該模型能夠有效的預(yù)測同規(guī)格試件的疲勞壽命。在非共線混頻檢測中,對疲勞裂紋附近的檢測點(diǎn)進(jìn)行分析,得到混頻非線性系數(shù)的云圖分布圖,能夠可視化疲勞裂紋附近的疲勞損傷情況。利用共線混頻和非共線混頻技術(shù)相結(jié)合的方法,對金屬試件內(nèi)部的不可見疲勞裂紋進(jìn)行定位和長度測量。(3)制糖設(shè)備關(guān)鍵零件——壓榨機(jī)齒輪的早期疲勞損傷檢測。對分別處于疲勞成核、微裂紋萌生和擴(kuò)展、宏觀裂紋形成及失效四個階段的45號鋼試件進(jìn)行超聲非線性試驗,分析超聲非線性系數(shù)的變化規(guī)律,探究超聲非線性系數(shù)與材料微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,建立45號鋼疲勞損傷——超聲非線性系數(shù)——材料微觀結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系,為以45號鋼為原材料的壓榨機(jī)齒輪的疲勞損傷檢測奠定基礎(chǔ)。分別對壓榨機(jī)齒輪的齒根部和中部進(jìn)行超聲非線性試驗,計算不同檢測點(diǎn)的二階和三階相對非線性系數(shù),對齒輪內(nèi)部的早期疲勞損傷情況進(jìn)行評估。齒輪損傷評估結(jié)果與齒輪的實際服役狀況是相符的。(4)超聲非線性輸出信號的混沌特性分析和Duffing振子檢測。超聲非線性輸出信號是反映金屬零件內(nèi)部損傷、并經(jīng)過復(fù)雜傳播的非線性時間序列。為了能夠有效的提取其非線性特性,利用混沌分形理論對超聲非線性輸出信號進(jìn)行分析,計算其混沌分形特征量,如Lyapunov指數(shù)、關(guān)聯(lián)維數(shù)和K熵,混沌分形特征值與超聲非線性系數(shù)具有相似的變化趨勢;分析結(jié)果表明混沌分形特征值可以有效的表征疲勞裂紋的演化規(guī)律,揭示疲勞裂紋擴(kuò)展的非線性特征。利用改進(jìn)的Duffing振子對超聲非線性輸出信號進(jìn)行分析,不僅能夠檢測強(qiáng)背景噪聲下的二次諧波信號,且能夠估計微弱信號的幅值。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG115.285
【圖文】：

得到＝邐系數(shù)表示應(yīng)力敏感系數(shù)，其絕對值越大表示該波對應(yīng)力越敏感。逡逑以鋼為例［１Ｃ）４］，每種波的應(yīng)力敏感系數(shù)如圖２－２所示。逡逑不同類型波對應(yīng)力的敏感系數(shù)逡逑ｄ邋Ｉ邋Ｉ邐Ｉ邐ＩＩ邐Ｉ邐｜邐Ｉ邋｜逡逑１、沿應(yīng)力方向傳播的縱波逡逑８邋ｍａｍ邋２、垂直于應(yīng)力方向傳播的縱波逡逑３、傳播方向沿應(yīng)力方向、偏振方向垂直于應(yīng)力方向逡逑７［邐的剪切波逡逑卜＿丨４、傳播方向和偏振方向都垂直于應(yīng)力方向的剪切波逡逑６邐５、傳播方向垂直于應(yīng)力方向、偏振方向平行于應(yīng)力逡逑＾邐方向的剪切波逡逑＾５｜邐６、傳播方向平行于應(yīng)力的表面波逡逑＝＾邐７、傳播方向垂直于應(yīng)力的灥波逡逑篇；：■邐逡逑邐Ｊ逡逑１邐２邐３邐４邐５邐６邐７逡逑波的類型逡逑圖２－２不同類型超聲波的敏感系數(shù)逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋ｓｔｒｅｓｓ邋ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ邋ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ逡逑由圖２－２可知，沿應(yīng)力方向傳播的縱波對應(yīng)力的敏感系數(shù)最大，表示沿應(yīng)力方向傳逡逑播的縱波對應(yīng)力變化最敏感。當(dāng)金屬零件的應(yīng)力方向為試件的水平方向時，臨界折射縱逡逑波對該應(yīng)力最敏感［１（）７］。逡逑含有殘余應(yīng)力的金屬零件不僅影響超聲波的傳播速度，還會影響超聲波的非線性特逡逑性

當(dāng)超聲縱波從光疏介質(zhì)傳播到光密介質(zhì)時，在兩種介質(zhì)的交界面會發(fā)生折射現(xiàn)象。逡逑當(dāng)入射角為第一臨界角時，折射縱波的折射角為９０°時，那么該折射縱波叫臨界折射縱逡逑波（Ｌｃｒ波），如圖２－３所示。第一臨界角的計算公式為ｔ＝ａｒＣＳｉｎＭ／Ｆ２），其中Ｋ為縱逡逑１５逡逑

界折射縱波非線性特性檢測應(yīng)力的機(jī)理分析逡逑折射縱波的非線性特性對金屬零件的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行檢測的原射縱波在含有不同應(yīng)力狀態(tài)的金屬零件內(nèi)傳播時，超聲波的諧波，根據(jù)超聲接收信號非線性系數(shù)的變化對金屬零件的應(yīng)力的無損檢測打下基礎(chǔ)。逡逑／％邐邋邐八逡逑Ｉ…＿試樣邐邐Ｌｃｉｗａｖｅ邐９０＾逡逑＾＾邐：邐？；邋應(yīng)力方向邐丨邐Ｌｃｒ波傳播距離邐應(yīng)力方圖２－４基于臨界折射縱波非線性特性檢測應(yīng)力的原理逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2767989