NiCrMoV鋼廣泛用于壓力容器、管道、汽輪機(jī)等設(shè)備,其焊接接頭的疲勞強(qiáng)度與可靠性是保障設(shè)備安全服役的重要內(nèi)容。本文以新型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子焊接接頭為研究對(duì)象,采用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)和掃描電鏡相結(jié)合的方法,研究闡明NiCrMoV鋼焊接接頭及其不同微區(qū)的斷裂和疲勞破壞機(jī)理。針對(duì)傳統(tǒng)散斑局限于光學(xué)顯微鏡的測(cè)量范疇,論文首先研究了微觀(guān)散斑的可靠制備及微變形測(cè)量技術(shù),通過(guò)對(duì)三種散斑制備方法的誤差水平分析,提出了適用于NiCrMoV鋼及其焊接接頭微應(yīng)變的測(cè)量方法。進(jìn)一步,基于所發(fā)明的微觀(guān)散斑制備技術(shù),研究闡明了焊接接頭熔合區(qū)和多道焊縫內(nèi)微觀(guān)組織引起的應(yīng)變非均勻行為,開(kāi)展了恒幅及過(guò)載條件下疲勞裂紋擴(kuò)展的原位實(shí)驗(yàn),分析了裂尖的損傷累積規(guī)律,討論了接頭中微裂紋萌生及其與微缺陷的交互作用。主要研究工作和結(jié)論如下:（1）研究闡明了微應(yīng)變測(cè)量誤差與散斑類(lèi)型、放大倍數(shù)的關(guān)系,制備出與掃描電鏡原位拉伸裝置配套的納米散斑。研究發(fā)現(xiàn),A1203散斑用于放大倍數(shù)超過(guò)1000X時(shí)測(cè)量應(yīng)變誤差過(guò)大,基于納米金散斑的應(yīng)變測(cè)量誤差隨放大倍數(shù)增大變化較小;采用NiCrMoV鋼微觀(guān)組織作為散斑可得到較穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果。散斑尺寸與測(cè)量放大倍數(shù)... 

【文章來(lái)源】：華東理工大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：91 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１二維數(shù)字圖像相關(guān)方法典型的光學(xué)圖像獲得系統(tǒng)１４１??

這樣ＤＩＣ會(huì)自動(dòng)將計(jì)算區(qū)分成均勻的網(wǎng)格，通過(guò)計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的位移來(lái)獲得全場(chǎng)變形。??具體步驟為：ＤＩＣ通過(guò)跟蹤或匹配變形前后照片上相同的點(diǎn)或像素，然后通過(guò)一定的算法??計(jì)算出該點(diǎn)位移和應(yīng)變。例如計(jì)算圖１．２中Ｐ的位移，先選擇一個(gè)包含（２Ｍ＋１）?Ｘ?（２Ｍ＋１）??像素的子區(qū)，然后運(yùn)用交叉相關(guān)準(zhǔn)則和平方差和相關(guān)準(zhǔn)則來(lái)評(píng)價(jià)參考子區(qū)和變形子區(qū)的相??似度。匹配過(guò)程是通過(guò)搜索相關(guān)系數(shù)的峰值，找到相關(guān)系數(shù)的極值，以此確定變形子集中??的Ｐ’點(diǎn)，這樣兩個(gè)子集中Ｐ點(diǎn)的位置差就是面內(nèi)位移矢量。這個(gè)過(guò)程包含整像素位移搜索、??亞像素位移測(cè)試計(jì)算、位移場(chǎng)求解應(yīng)變場(chǎng)三個(gè)關(guān)鍵步驟，每個(gè)步驟涉及到相關(guān)的算法，算??法的好壞直接決定了計(jì)算結(jié)果的精度與誤差，因此有很多學(xué)者［９，?１（）］一直致力于相關(guān)算法方??面的優(yōu)化。??應(yīng)變場(chǎng)的獲得則是建立在位移場(chǎng)的基礎(chǔ)上的，因?yàn)樵诶碚撋蠎?yīng)變是位移的微分，因此??將所得的位移場(chǎng)通過(guò)牛頓法微分就可以獲得應(yīng)變場(chǎng)。但是簡(jiǎn)單的微分到得到的應(yīng)變值是不??穩(wěn)定的［１１］，因?yàn)樗糯罅宋灰朴?jì)算過(guò)程中的噪音成分。所以在微分之前，先將計(jì)算得到的??位移場(chǎng)進(jìn)行平滑處理

細(xì)的歸納與總結(jié)，在這些制備方法中，常見(jiàn)的方法有：網(wǎng)格印刷法［１７，１８］、納米顆粒噴涂法??［１９，２（）］、聚焦離子束刻蝕法、電子束刻蝕法等等，幾種散斑圖匯總在圖１．３中。除此在外，??ＳＣｒｉｖｅｎ［２１］還詳細(xì)研宄了化學(xué)沉積法制備散斑的方法，并通過(guò)改變電流、溫度等參數(shù)改變散??斑的密度、大小，形成了一套比較完備的方法。另外，不容忽視的是，某些材料自身的微??觀(guān)組織也可以提供很好的散斑，例如鎳基合金［２２］、馬氏體－鐵素體鋼［２３］等。??憑．．．．．．．麵??圖１．３幾種常見(jiàn)的微觀(guān)散斑形貌丨１２丨??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｅｖｅｒａｌ?ｃｏｍｍｏｎ?ｍｉｃｒｏ－ｓｐｅｃｋｌｅｓ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ１１２１??在以上這些方法中，網(wǎng)格印刷法［１７，１８］和納米顆粒噴涂法［１９，２Ｇ］以其方便快捷低成本的優(yōu)??勢(shì)得到了研宄者的廣泛使用。網(wǎng)格印刷法先將ＴＥＭ網(wǎng)格覆蓋在試樣表面，然后采用離子??濺射儀將金屬?lài)娫谠嚇颖砻�，這樣在試樣表面可以形成一個(gè)個(gè)大小相等、間隔相同的網(wǎng)格，??網(wǎng)格的大小可以通過(guò)ＴＥＭ網(wǎng)格的規(guī)則來(lái)調(diào)節(jié)。該方法在操作方面比較簡(jiǎn)單，但是會(huì)存在??以下缺點(diǎn)：網(wǎng)格與試樣之間粘貼不牢會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格產(chǎn)生畸變

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于構(gòu)型力斷裂準(zhǔn)則的裂紋與夾雜干涉問(wèn)題[J]. 古斌,郭宇立,李群.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2017(06)
[2]基于數(shù)字圖像相關(guān)方法的焊接接頭局部力學(xué)性能研究進(jìn)展[J]. 宋明,徐彤,壽比南,孫超,孫永輝.  中國(guó)特種設(shè)備安全. 2016(12)
[3]基于XFEM研究含顆粒夾雜材料的疲勞裂紋行為[J]. 束一秀,李亞智,尚海江,姜薇.  固體火箭技術(shù). 2016(04)
[4]Q345R拉伸過(guò)載作用下裂紋擴(kuò)展行為的影響因素研究[J]. 丁振宇,高增梁,王效貴.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2015(18)
[5]研究NiTi合金相變局部化現(xiàn)象的宏觀(guān)原位多場(chǎng)測(cè)試方法及分析[J]. 杜泓飛,曾攀,雷麗萍,趙加清,許月杰,何文斌.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2013(24)
[6]基于X70高級(jí)管線(xiàn)鋼多道焊縫和單道焊縫組織EBSD研究[J]. 安棟,徐學(xué)東,張海.  電子顯微學(xué)報(bào). 2013(05)
[7]數(shù)字圖像相關(guān)方法在焊縫材料力學(xué)性能測(cè)試中的應(yīng)用[J]. 杭超,楊廣,李玉龍,于起峰,郭亞洲.  航空學(xué)報(bào). 2013(10)
[8]數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用[J]. 金觀(guān)昌,孟利波,陳俊達(dá),馬少鵬,張軍.  實(shí)驗(yàn)力學(xué). 2006(06)

碩士論文
[1]基于AFM和DIC的納米尺度變形測(cè)量技術(shù)研究[D]. 張博文.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3316870