【摘要】：金屬材料廣泛應用于海洋工程當中,其應用常見于船舶和海洋石油開采等行業(yè)。金屬材料構件在長期服役的過程中,遭受著復雜腐蝕環(huán)境的腐蝕和大風大浪的沖擊,腐蝕疲勞損傷是其主要的損傷形式之一,嚴重影響了金屬材料構件及設備的耐久性和安全性。然而,傳統(tǒng)的超聲檢測技術根本無法實現(xiàn)金屬材料腐蝕疲勞損傷的檢測,而非線性Rayleigh表面波可以檢測金屬材料腐蝕疲勞損傷中的非線性特征參數(shù)的變化情況。因此采用非線性Rayleigh表面波檢測技術研究金屬材料腐蝕疲勞損傷程度具有重要的理論價值和工程應用價值。本文介紹了非線性超聲檢測的基本原理,搭建了金屬材料樣品腐蝕疲勞損傷和非線性超聲檢測系統(tǒng)的實驗平臺,研究了Rayleigh表面波的檢測方法,分析了實驗系統(tǒng)、激勵電信號的周期數(shù)、Rayleigh表面波的傳播距離和換能器的頻譜特性對實驗結果的影響�；赗ayleigh表面波的檢測方法,檢測到了Rayleigh表面波的基波幅值和二次諧波幅值,計算出了超聲非線性系數(shù),得到了在不同的循環(huán)拉伸疲勞周數(shù)下超聲非線性系數(shù)的變化情況,進而實現(xiàn)了金屬材料樣品腐蝕疲勞損傷的非線性超聲檢測。主要內(nèi)容包括:(1)研究了不同的腐蝕環(huán)境對金屬材料腐蝕疲勞損傷的影響;(2)研究了不同的加載頻率對金屬材料腐蝕疲勞損傷的影響;(3)研究了不同的應力比對金屬材料腐蝕疲勞損傷的影響;(4)分析了金屬材料的微觀結構。實驗結果表明:不同的腐蝕環(huán)境對金屬材料腐蝕疲勞損傷的影響比較大;不同的加載頻率對金屬材料腐蝕疲勞損傷的影響很小;不同的應力比對金屬材料腐蝕疲勞損傷的影響也比較大;超聲非線性系數(shù)、金屬材料的微觀結構和宏觀力學性能三者之間存在一定的關系,超聲非線性系數(shù)可以作為金屬材料的微觀結構和宏觀力學性能的中間,用來表征金屬材料腐蝕疲勞損傷的過程,為采用非線性超聲檢測金屬材料腐蝕疲勞損傷提供了一定的依據(jù)。
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG115.28
【圖文】：

中北大學學位論文超聲應用于表征材料中。而且這些效應在受損材料中是很明顯的，但在完好無損幾乎測量不出來，因此，非線性超聲檢測技術得到了廣泛的應用。非線性超聲檢是指有限振幅的超聲波在介質(zhì)中傳播，介質(zhì)中遇到微缺陷和不連續(xù)的界面與其相產(chǎn)生多種非線性超聲響應現(xiàn)象，其對材料微觀結構變化很敏感。傳統(tǒng)超聲測技術聲波在介質(zhì)中的傳播特性，對材料微觀結的變化不敏感[1]。如圖 1.1 所示是檢測缺陷尺寸對應的各種方法。

頻率也發(fā)生了變化，出現(xiàn)了二次及以上的高次諧波成分。產(chǎn)生高次諧波的現(xiàn)象如圖2.1 所示。(a) 無高次諧波產(chǎn)生(b) 有高次諧波產(chǎn)生圖 2.1 產(chǎn)生高次諧波的現(xiàn)象如圖 2.1 所示，超聲波在固體材料中傳播時，單一頻率的超聲波與其材料中的微裂紋、位錯和滑移帶等缺陷相互作用，導致超聲波形會發(fā)生非線性失真和高次諧波的產(chǎn)生等現(xiàn)象。Rayleigh 表面波是由縱波和橫波在傳播速度相等的條件下疊加而成的波，其具有衰減程度比較小、傳播距離比較遠、能量主要集中在構件表面和可以在光滑曲面上傳播卻不發(fā)生反射等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)構件表面和次表面缺陷的檢測，其測量過程簡便且容易實現(xiàn)[3]。Rayleigh 表面波的檢測原理如圖 2.2 所示。

圖 2.2 Rayleigh 表面波檢測原理，在半空間自由表面中，Rayleigh 表面波沿其 x質(zhì)的里面。圖 2.3 半空間自由表面及其坐標系位移勢函數(shù)為： 1=-Rpzi k x tRAi e ek

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