铝合金残余应力的超声纵波评价方法研究

摘要

铝合金由于具有良好的综合性能，是航空工业中的重要结构材料，在航空制造业中得到了广泛的应用。然而，由于残余应力的影响，铝合金结构件在加工过后，零件经常会出现弯曲、扭曲、弯扭组合等加工变形，使零件难以达到设计要求，甚至成为废品，最终影响到飞机的性能与使用寿命。 因此，铝合金构件的残余应力问题一直受到人们的关注，分析残余应力的产生机理、探究有效的残余应力测试方法以及改善铝合金中残余应力状况具有非常重要的意义。本文旨在提出铝合金中残余应力的超声无损评价方法，并开展铝合金残余应力超声无损评价方法的应用研究。 本文对课题的研究背景以及与课题相关领域的研究现状进行了简要叙述。介绍了残余应力的本质特征，并对现有的材料的残余应力的测试评价方法进行了详细地对比分析。现有的材料的残余应力的评价方法可分为无损法和有损法两大类。有损法会造成被测工件的损坏，使得检测结果不具备重复性，而现有的基于X射线衍射的无损方法存在着对人体有辐射伤害、成本高、检测深度较浅、检测设备较大等诸多问题。为了解决上述问题，本文结合超声波测应力法的优势，应用超声纵波的方式来实现对铝合金材料中残余应力的评价。 针对材料中残余应力的超声纵波评价方法，开展了一系列理论分析，对声弹性理论中均匀变形情况下的声弹性运动方程和波速方程进行了推导。在超声测应力法的基础上，依据残余应力自平衡的固有特点，提出了用声时扫查图像结合声时的离散度来定量表征材料中残余应力的评价方法。 为了验证材料中残余应力的超声纵波评价方法评价结果的可靠性，针对铝合金材料，制作一批不同条件下的铝合金试样作为实验材料，使用本研究提出的残余应力超声纵波评价方法来进行实验验证，得出了不同条件下的铝合金残余应力的评价结果。实验结果表明：在超声纵波沿宽展或轧制方向传播时的声时扫查图中，可以通过声时等高线的弯曲程度判断试样整体的残余应力水平；利用沿宽展或轧制方向传播时的声时扫查图，可以在一定程度上反映残余应力沿厚度方向的变化；经过冷压处理的淬火试样的声时差异系数明显低于未经冷压处理的淬火试样的声时差异系数，反映出冷压对淬火后残余应力的消除作用，但经过冷压处理的试样的声时差异系数仍高于原始锻件的声时差异系数。本文的研究工作为促进铝合金构件残余应力无损检测技术的发展提供了有益的参考。

目录

第1章 绪论

1.1课题的背景及意义

1.2课题相关领域的国内外研究现状及发展

1.3课题的研究目标和主要内容

第2章 材料中的残余应力及其评价方法

2.1 材料中的残余应力

2.2材料中残余应力的测量与评价方法

2.3本章小结

第3章 材料中残余应力的超声纵波评价方法

3.1超声纵波检测技术

3.2声弹性理论

3.3材料中残余应力的超声纵波评价方法

3.4 本章小结

第4章 不同条件下的铝合金残余应力的超声纵波评价实验

4.1不同淬火温度状态下铝合金残余应力的超声纵波评价实验

4.2冷压处理对铝合金残余应力影响的超声纵波评价实验

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参加科研情况

致谢

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