高速列车车体服役状态残余应力超声波法无损测量及验证

焊接残余应力影响焊接结构可靠性.传统残余应力测量方法无法满足焊接结构服役状态下的应力测量,无法实现薄壁结构的应力测量.使用改进的超声波法焊接残余应力测量系统,对壁厚3.5 mm的薄壁高速列车车体残余应力实现了无损测量,测量过程实时无损快速.测量结果与有限元模拟和激光全息小孔法测量结果对比,超声波法测量结果可靠,且对试验结果进行了讨论分析.建立的超声波法应力无损测量系统为焊接结构服役状态在线可靠性评估奠定了基础.     

薄壁LY12铝合金焊接残余应力超声波法无损测量及验证

传统残余应力破坏测量方法无法满足焊接结构服役状态下的应力测量,无法实现结构的无损应力测量.基于声弹性原理,超声波法可以无损测量出结构内部的残余应力.使用临界折射纵波进行薄壁结构件测量时,易激发Lamb波和Stonely波等特殊波形,将影响测量的准确度.开发了适用于薄壁结构件测量的新型超声波法焊接残余应力测量系统,对厚度为2mm的两种LY12薄壁焊接结构进行了测量,测量过程实时无损快速.用切割释放法和有限元模拟进行了验证.结果表明,该测量系统准确可靠,为航天器薄壁焊接结构服役状态在线可靠性评估奠定了基础.     

低碳钢双丝焊平板横向残余应力超声波法测量

介绍了超声波法应力测量的理论基础声弹性方程,特殊条件下简化临界折射纵波声弹性方程.建立了超声波法测量焊接残余应力系统,实现了高精度信号提取,使用特制变角度超声波探头,选用对应力变化敏感的临界折射纵波作为测量波形,对低碳钢双丝焊对接平板横向残余应力场实现了无损测量.结果表明,测量结果可靠,测量过程实时无损快速.分析了测量数据波动的原因.建立的超声波法应力无损测量系统为焊接结构服役状态在线可靠性评估奠定了基础.     

300km/h高速列车车体残余应力超声波法无损测量

高速列车车体采用铝合金焊接结构,高速列车起动快和制动,交会对接和出入隧道,车体承受应力复杂,车体残余应力分布迫切需要关注.基于声弹性效应,超声波可以无损检测出结构内部应力.开发了超声波法焊接残余应力测量系统,克服了传统应力测量方法费时耗力、破坏、体积庞大等缺点.对高速列车车体侧墙部位的焊接残余应力进行了实时快速无损测量,为服役状态下高速列车车体结构安全评估和疲劳寿命预测奠定了基础.提出了焊接结构安全评定虚拟样机的工程应用设想.     

控制焊接残余应力方法的超声波监控

为了减少焊接件的残余应力测量时间,基于声弹性效应,采用对应力最为敏感的临界折射纵波,建立了焊接残余应力超声波测量系统,可以准确的检测出焊接结构的内部应力.用该测量系统对随焊旋转挤压法、随焊冲击碾压法、电磁冲击法、预置应力法等一系列降低焊接残余应力的控制方法进行了监控,试验结果给出了各控制方法的残余应力降低程度,确认了工艺参数的合理性.该试验过程无损快速克服了传统切割释放测量方法的耗时费力,加快了控制方法的研制进程.     

基于全包络权重算法的超声波法残余应力无损测量系统

超声波法残余应力测量基于声弹性效应,针对超声波法测量精度的若干影响因素,为更精确的测量焊接残余应力,提出全包络权重算法,同时考察应力梯度引起的超声信号包络不同位置参考点信号差. 用虚拟仪器软件实现,使超声波法焊接残余应力测量误差大大减小,实现了焊接残余应力超声波法的高精度测量. 使用不确定度对开发的高精度超声波法测量系统的测量精度进行了表征及评价,焊接残余应力场多次重复测量试验结果表明,基于全包络权重算法的高精度超声波法残余应力测量系统不确定度大大减小,焊接残余应力测量结果更为精确稳定.     

基于全包络权重算法的超声波法残余应力无损测量系统

基于声弹性效应超声波可以无损检测出结构内部应力,克服了传统应力测量方法费时耗力破坏体积庞大等缺点.针对超声波法测量精度的若干影响因素,为了更准确的表达焊接残余应力场,提出了全包络权重算法,并使用虚拟仪器软件实现.结果表明,该方法使测量的误差大大减小,实现了焊接残余应力超声波法的高精度测量.使用不确定度对开发的高精度超声波法测量系统的测量精度进行了表征.     

焊接残余应力场声弹性不稳定性分析

基于声弹性效应,超声波可以无损检测出结构内部应力.超声波法焊接残余应力测量克服了传统应力测量方法费时耗力、破坏、体积庞大等缺点,对多种焊接结构残余应力进行的测量已证明其准确和可靠.在残余应力场测量时发现了在低应力弹性区存在声弹性不稳定现象,利用声弹性模拟试验对声弹性不稳定现象进行了分析研究.根据焊接残余应力场弹性区临界折射纵波包络波峰声弹性效应随机分布呈双峰分布的试验现象,提出了弹性区声弹性主应力计算公式,可通过超声波法纵向残余应力测量结果计算出测量点的两个主应力及横向残余应力.     

箱型搅拌摩擦焊结构残余应力超声波法测量

基于声弹性效应,超声波可以无损检测出结构内部应力。针对箱型搅拌摩擦焊接结构,使用超声波法对其残余应力分布进行了无损快速测量。结果表明纵向残余应力分布在焊缝附近表现为较高的拉应力,在轴肩作用区域一定距离之外迅速下降并转变为压应力,横向残余应力很小,纵向残余应力峰值出现在前进侧一侧,搅拌摩擦焊接头焊缝两侧的纵向残余应力分布明显地表现出不对称性。分析认为搅拌焊接残余应力的分布特点由其复杂的材料流动和焊接温度场共同作用造成。     

超声波法曲面工件残余应力测量

开发了超声波法焊接残余应力测量系统.用该系统配合平直探头对曲面工件的焊接残余应力进行测量尝试.将超声波法获得的测量结果与激光全息小孔法的测量结果比较,超声波法测量所得的焊接残余拉压应力区间与小孔法相同,分布曲线较小孔法测量结果缓和,最大拉压应力均要小于曲面工件中实际拉压应力.根据试验结果,结合名义声弹性常数表达式分析了...     

基于临界折射纵波的超声波应力测量方法

在对现有各种残余应力测量方法进行分析比较的基础上,提出基于临界折射纵波的超声波技术测量应力。采用一发两收的探头布置形式,对5%Cr圆板进行超声应力测量,同时与应用X射线衍射法和盲孔法测得的结果进行比较。试验证明了基于临界折射纵波的超声波应力测量法的可行性。     

超声波消除铝合金焊接残余应力微观机制研究

介绍了传统消除残余应力方法的不足,从微观位错的角度阐述了超声波消除焊接残余应力的机制,利用透射电子显微镜观察冲击前后焊缝材料内部晶粒的滑移和位错,采用X射线积分法检测冲击前后的焊接残余应力,并对其进行分析。验证了超声波冲击后,焊缝材料内部晶粒实现了从高能位向低能位的运动,达到了释放残余应力的目的。     

轮廓法测量残余应力研究进展

轮廓法是一种基于截面解剖法的残余应力测量方法,可以获得目标平面法向的残余应力二维分布云图。经过20多年的发展与完善,轮廓法已经被广泛应用在航空航天、核电、高端装备制造等许多重要领域,尤其适用于焊接件、金属连接件和异型工件的残余应力测量。文中详细介绍了轮廓法测量的优势,分析了轮廓法测量的理论依据、测量步骤、误差修正、拓展应用、试验验证及研究热点,深入探究在一次切割轮廓法测量基础上发展起来的多次切割轮廓法、断裂轮廓法和X射线衍射法的叠加测量、近表面残余应力轮廓法测量等方法,这些方法克服了常规轮廓法测量断面应力、近表面应力方面的技术限制,可获得工程结构件的三维残余应力分布,针对不同的工程应用需求调整切割方法及测量方案以提供技术支持,拓展了轮廓法测量的应用范围。该文旨在为国内的同行提供参考,助力轮廓法在国内科学研究和工程应用方面的推广应用。 创新点： (1)对比常用的工程残余应力测量方法,明晰轮廓法测量的技术优势及其适用范围。(2)分析轮廓法测量过程中可能引入的试验误差,提出相对应的解决方法。(3)拓展轮廓法的应用范围以满足三维应力测量需求。     

基于快速面探测方法的碳化硅表面残余应力测量

陶瓷加工后表面残余应力的测量通常采用一维X射线衍射线探测法,该方法存在测量过程烦琐、效率低、成本高等问题,因此采用新型快速二维面探测X射线衍射残余应力测量方法,对碳化硅陶瓷表面的残余应力进行测量,实验中测量了3种不同品牌碳化硅工件的初始表面和抛光后表面的残余应力。结果表明:此新方法单次测量即可获得样品500点的衍射信息,特别适用于陶瓷材料的应力测量。同时还发现:对于被加工表面的残余压应力,抛光加工最高能够消除近80%的残余应力,但不能改变工件的残余应力分布。