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文檔簡介
1、航空航天飛行器通常工作在極其苛刻的高溫低壓環(huán)境,長期承受高強(qiáng)度應(yīng)力負(fù)荷極易導(dǎo)致金屬疲勞現(xiàn)象和裂紋的快速生長。隨著我國航空航天事業(yè)的快速發(fā)展,工業(yè)界對材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞應(yīng)力檢測提出了更高的要求。目前國內(nèi)外采用脈沖渦流法檢測材料應(yīng)力的相關(guān)研究仍然較少,傳統(tǒng)渦流探頭法檢測精度低、效率不高且對各項(xiàng)異性金屬材料的應(yīng)力分布檢測無能為力。
針對傳統(tǒng)渦流探頭法的不足,本文提出了方向性脈沖渦流加熱,并基于應(yīng)力改變金屬材料熱導(dǎo)率的原理進(jìn)行應(yīng)力檢
2、測的方法。文章首先基于彈性力學(xué)對平面應(yīng)力狀態(tài)做了簡要描述,并通過分析金屬材料壓阻效應(yīng)和應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,得到了脈沖渦流熱響應(yīng)峰值與單向應(yīng)力之間的函數(shù)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,利用魏德曼-弗蘭茲定律得到了熱導(dǎo)率與應(yīng)力之間存在相關(guān)關(guān)系的結(jié)論。然后利用COMSOL仿真軟件對上述關(guān)系進(jìn)行了有限元分析和驗(yàn)證。
最后,本文對鋁合金、奧氏體不銹鋼和鎳鐵合金薄板進(jìn)行軸向拉伸實(shí)驗(yàn),利用紅外熱成像儀對加熱和熱傳導(dǎo)過程的表面溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。同時(shí),基于二維熱
3、傳導(dǎo)微分方程,計(jì)算得到單向應(yīng)力-熱導(dǎo)率關(guān)系曲線,并進(jìn)行了一維線性擬合。利用該擬合參數(shù),對被測鋁合金試件進(jìn)行了應(yīng)力檢測實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,最后對檢測誤差原因做了簡要分析。
相比以熱響應(yīng)峰值作為特征的檢測方法,熱導(dǎo)率計(jì)算不依賴于初始溫度分布,結(jié)果不受提離距離和激勵(lì)功率變化的影響,且一次激勵(lì)就能計(jì)算得到所有發(fā)生熱傳導(dǎo)過程單元的熱導(dǎo)率。理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)分析表明,本文提出的方向性脈沖渦流熱成像應(yīng)力檢測方法,具有穩(wěn)定性好、檢測效率高且能實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)異性
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