【摘 要】
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粉末高温合金作为先进航空发动机的关键构件材料,在长期服役过程中因受到机械交变载荷作用导致疲劳、滋生微裂纹、裂纹扩展直至构件断裂失效。因此,对关键构件材料的无损评价将对损伤监测和剩余寿命预测起着关键性作用。本文采用非线性Rayleigh波技术对粉末高温合金微裂纹损伤进行评价研究,并跟踪疲劳微裂纹萌生及扩展过程。主要研究内容如下:首先,对疲劳损伤的超声非线性响应机理进行了研究,分析了Rayleigh波
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粉末高温合金作为先进航空发动机的关键构件材料,在长期服役过程中因受到机械交变载荷作用导致疲劳、滋生微裂纹、裂纹扩展直至构件断裂失效。因此,对关键构件材料的无损评价将对损伤监测和剩余寿命预测起着关键性作用。本文采用非线性Rayleigh波技术对粉末高温合金微裂纹损伤进行评价研究,并跟踪疲劳微裂纹萌生及扩展过程。主要研究内容如下:首先,对疲劳损伤的超声非线性响应机理进行了研究,分析了Rayleigh波的传播特性及Rayleigh波的非线性滋生机理,从理论上明确了疲劳损伤非线性评价方法的可行性。其次,设计了两种表面微裂纹制备方法及测试方案,获得了不同疲劳损伤状态下的系列微裂纹试样;对粉末高温合金疲劳微裂纹扩展特性进行研究,并得到了小裂纹扩展速率,实现了对疲劳微裂纹扩展的原位监测。最后,搭建了非线性Rayleigh波测试系统,并选择最佳的测试参数。通过该测试系统对两种方案制备的微裂纹进行测试,得到了超声参量与表面微裂纹深度的对应关系;跟踪疲劳微裂纹的萌生及扩展过程,获得Rayleigh波非线性系数与疲劳损伤的变化规律。研究结果表明,采用非线性Rayleigh波技术可以对粉末高温合金中的微裂纹进行检测,非线性系数相较于基波幅值对微裂纹深度变化更加敏感;非线性系数随疲劳损伤累积呈先增后减的趋势,且对早期疲劳微裂纹损伤比较敏感,能够实现对深度小于0.25λ的疲劳微裂纹的定量表征,但宏观缺陷引起的非线性效应较弱。
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