基于高分辨率CT成像的疲勞裂紋擴(kuò)展行為研究.pdf

1、2A50鋁合金由于其塑性好、強(qiáng)度高，因此在航空工業(yè)中得到了大量的應(yīng)用。飛機(jī)結(jié)構(gòu)在飛行過程中受彎曲載荷作用易產(chǎn)生疲勞裂紋，對飛機(jī)安全飛行帶來嚴(yán)重威脅。裂紋信息的確定是裂紋擴(kuò)展分析的前提，而裂紋擴(kuò)展具有典型的三維特征，常規(guī)無損檢測方法無法獲取裂紋的三維信息。
　　因此，本文以2A50鍛鋁材料作為研究對象，提出采用高分辨率CT研究彎曲載荷作用下材料三維裂紋擴(kuò)展行為和損傷表征。通過2A50鍛鋁三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)得到不同裂紋擴(kuò)展階段的疲勞試樣，通

2、過掃描電鏡分析表面裂紋擴(kuò)展信息。利用高分辨率顯微CT對疲勞試樣進(jìn)行掃描與重建獲取不同階段的裂紋擴(kuò)展CT演化圖像。對不同擴(kuò)展階段裂紋CT演化圖像進(jìn)行了圖像配準(zhǔn)，根據(jù)配準(zhǔn)圖像對不同疲勞擴(kuò)展階段二維CT裂紋圖像進(jìn)行了對比分析。利用區(qū)域提取法成功提取裂紋特征，并通過三維可視化方法獲得裂紋三維形態(tài)。利用液態(tài)鎵滲入到裂紋體內(nèi)，提高了裂紋圖像對比度，得到了增強(qiáng)顯示的裂紋CT圖像，通過三維可視化獲得了液態(tài)鎵的三維分布。將4個(gè)疲勞階段裂紋圖像投影在二維平

3、面上，通過計(jì)算平面上裂紋前沿裂紋長度研究二維平面上裂紋擴(kuò)展特性。提出了一種單像素厚度的裂紋擴(kuò)展曲面提取算法，可用于提取裂紋體的中曲面，將4個(gè)疲勞階段裂紋投影到該中曲面上獲得了單像素厚度裂紋擴(kuò)展曲面增量圖形，根據(jù)單像素厚度裂紋擴(kuò)展曲面分析了裂紋擴(kuò)展長度和裂紋擴(kuò)展速率，并計(jì)算得到單像素厚度裂紋擴(kuò)展曲面的表面粗糙度為2.2206個(gè)像素點(diǎn)，可用于反映裂紋在厚度方向上擴(kuò)展的劇烈程度。提出了裂紋擴(kuò)展危度因子計(jì)算模型，計(jì)算得到當(dāng)前危險(xiǎn)度因子為0.25