鋁合金因密度低、強(qiáng)度高、塑韌性好、抗腐蝕性良好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)戎匾I(yè)領(lǐng)域,如飛機(jī)、衛(wèi)星、鐵路客車等都有鋁合金的應(yīng)用。但航空航天飛行器在每次飛天往返過(guò)程受到往復(fù)交變應(yīng)力、空氣摩擦等影響下易產(chǎn)生缺陷,常見(jiàn)的如疲勞裂紋。若服役中的設(shè)備缺陷檢測(cè)不及時(shí),會(huì)造成缺陷一步擴(kuò)大,嚴(yán)重者會(huì)產(chǎn)生裂紋失效,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失以及安全事故,因此對(duì)于缺陷的檢測(cè)極為重要。而振動(dòng)紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)對(duì)疲勞裂紋適用性較強(qiáng),對(duì)微裂紋檢測(cè)效果較好,所以本文主要研究紅外檢測(cè)中振動(dòng)紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)對(duì)航空航天領(lǐng)域常用的7075鋁合金疲勞裂紋的檢測(cè)。本文采用有限元模擬與紅外實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法,從激勵(lì)參數(shù)、檢測(cè)參數(shù)和裂紋參數(shù)三方面對(duì)鋁合金疲勞裂紋進(jìn)行檢測(cè)。利用模擬來(lái)探究激勵(lì)參數(shù)和生熱的關(guān)系,研究了檢測(cè)參數(shù)對(duì)檢測(cè)效果的影響,探討了裂紋參數(shù)以及裂紋兩側(cè)的振動(dòng)幅度與生熱的關(guān)系。主要結(jié)論如下:（1）數(shù)值模擬表明:振動(dòng)紅外熱成像技術(shù)在檢測(cè)時(shí)受激勵(lì)振幅的影響較大,裂紋處的生熱和振幅成線性正相關(guān)。激勵(lì)頻率對(duì)裂紋處的生熱規(guī)律不明顯,但生熱較大時(shí)其振型較為劇烈。隨著激勵(lì)時(shí)間的增加裂紋處生熱也會(huì)增加,但到了一定時(shí)間不在增加,因此選... 

【文章來(lái)源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋁合金在航空航天的應(yīng)用Fig.1-1Applicationofaluminumalloyinaerospaceindustry

1緒論3圖1-2主動(dòng)紅外熱像法的四種激勵(lì)方式Fig.1-2Fourexcitationmodesofactiveinfraredthermalimaging振動(dòng)紅外熱成像作為新興起的紅外檢測(cè)方法的一種，盡管國(guó)內(nèi)外有大量的研究者已經(jīng)對(duì)其開(kāi)展了研究性工作，但其還處于發(fā)展階段，離實(shí)際工程應(yīng)用還有待進(jìn)一步的探究。為了提高該方法對(duì)缺陷檢測(cè)可靠性并開(kāi)發(fā)其應(yīng)用，還需要進(jìn)行更系統(tǒng)的研究來(lái)發(fā)現(xiàn)其背后的物理現(xiàn)象。本課題來(lái)源于基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51675532，51535011)。本文選用的材料為航空航天領(lǐng)域常用的7075型號(hào)鋁合金。通過(guò)振動(dòng)紅外熱成像的技術(shù)對(duì)鋁合金疲勞裂紋檢測(cè)，并根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)來(lái)探究激勵(lì)參數(shù)、檢測(cè)參數(shù)和裂紋參數(shù)等對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，最后得到一套適合鋁合金疲勞裂紋檢測(cè)的參數(shù)。1.2振動(dòng)紅外熱成像檢測(cè)主要發(fā)展歷程振動(dòng)紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)又稱為超聲紅外熱成像技術(shù)、聲波紅外、熱波或彈性熱波法。聲波熱成像檢測(cè)法產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代后期，由Henneke等人[20]首次提出。他們發(fā)現(xiàn)對(duì)樣品施加高頻振動(dòng)激勵(lì)時(shí)，樣品缺陷部位可能產(chǎn)生熱量，再使用紅外攝像機(jī)可探測(cè)出損傷部位。在此基礎(chǔ)上，Adams等人[21-22]提出了振動(dòng)紅外熱像檢測(cè)方法，但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)性能和紅外攝像能力的限制，仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證都比較困難，后來(lái)隨著計(jì)算機(jī)性能和紅外攝像機(jī)測(cè)量精度的提高，振動(dòng)紅外熱像檢測(cè)的才有了突破性的進(jìn)展。Favro等人[23]使用脈沖高頻聲波結(jié)合紅外成像分別對(duì)一個(gè)陶瓷杯和鋁棒進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)可以清晰的看到缺陷位置和裂紋長(zhǎng)度。在此之前的研究者，如Busse等人[24]使用鎖相熱成像的方法對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行檢測(cè)，該方法耗時(shí)長(zhǎng)、人工調(diào)節(jié)信號(hào)不利于實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。隨著該技術(shù)

and等人[31-32]使用該技術(shù)對(duì)75個(gè)鈦和7個(gè)鉻鎳鐵樣品進(jìn)行了評(píng)估，該研究的目的是提供一些可信的檢出概率數(shù)據(jù)集，此課題組后來(lái)建立了一個(gè)聲波紅外測(cè)量系統(tǒng)，采用寬帶換能器代替超聲波焊機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)并引起裂紋熱量變化。在此基礎(chǔ)上斯圖加特大學(xué)(德國(guó))的學(xué)者Solodov和Busse提出了局部缺陷共振(LocalDefectResonance，LDR)(每個(gè)樣品都存在固有頻率，當(dāng)激勵(lì)頻率與固有頻率相同時(shí)達(dá)到共振)的方法，發(fā)現(xiàn)局部缺陷共振能提高UIT[33-34]的效率和靈敏度，并通過(guò)該方法對(duì)一種具有平底孔缺陷的聚甲基丙烯酸甲酯板進(jìn)行了低能量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，如圖1-3所示，結(jié)果表明，局部缺陷共振適用于固體材料的缺陷檢測(cè)。圖1-3局部缺陷共振檢測(cè)對(duì)照?qǐng)D[33]Fig.1-3Localdefectresonancedetectioncomparisonchart振動(dòng)紅外熱成像的振動(dòng)源主要由超聲波發(fā)生器、壓電換能器和信號(hào)放大器等組成。激勵(lì)信號(hào)涉及到連續(xù)、調(diào)制或脈沖彈性波，常見(jiàn)檢測(cè)技術(shù)有超聲鎖相熱成像、超聲脈沖熱成像和超聲掃描熱成像等[35-37]。一般的激勵(lì)裝置有超聲波焊槍、磁致伸縮換能器、蜂鳴壓電片等，其中超聲波焊槍裝置如圖1-4所示。它能產(chǎn)生20kHz的機(jī)械波、兩千瓦的功率，該設(shè)備的缺點(diǎn)是頻率固定，可調(diào)參數(shù)只有預(yù)緊力和激勵(lì)時(shí)間，激勵(lì)時(shí)選用合適的耦合材料會(huì)使得焊槍和被測(cè)材料之間產(chǎn)生良好的聲學(xué)耦合效果，從而使得超聲能量可以充分導(dǎo)入試件，同時(shí)耦合材料也有效減少對(duì)試件的損傷[38-40]。在圖像捕捉方面，采用高靈敏度的紅外攝像機(jī)來(lái)記錄每一幀的圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷部位熱量變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)用來(lái)進(jìn)行圖像處理和分析數(shù)據(jù)。這種檢測(cè)系統(tǒng)一般帶有控制單元，用于同步超聲波激發(fā)和數(shù)據(jù)采集[41-42]。檢測(cè)時(shí)被測(cè)物件的發(fā)射率和紅外攝像機(jī)噪聲等可能會(huì)影響成像的效果，因此導(dǎo)致紅外成像效果有時(shí)不佳。在這種情況下

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3331311