合金疲劳断口的微观三维形貌的检测与表征

摘要

在现代工业的各个领域中，疲劳破坏导致了绝大多数的结构强度破坏。通过分析疲劳断口可以知道断裂的原因与疲劳断裂机理。在定性上对疲劳断口分析有很多，但定量分析由于技术和设备上的限制还少人问津。特别是在众多表面微观三维形貌的测量方法当中，我们采用的扫描白光干涉法的技术特点是：系统结构简单、精度达纳米级别、无损检测、成本低、检测速度快。
　　对于待测面来说，表面任意两点的数据之间是不相关的，也就是说待测面上任一点数据处理的速度快慢、结果好坏、处理的顺序对其它待测点的数据处理是没有任何影响的。因为计算并行数据所体现出来的高效率与低成本的高性能使得GPU非常适合用于解决可表示为数据并行计算的问题。
　　本文采用扫描白光干涉检测系统对30CrMnSiNi2A合金疲劳断口表面进行检测，得到待测面的干涉图序列，利用改进的空间频域算法计算出待测面的高度，绘制出待测面的微观三维形貌。另外，利用白光干涉数据像素之间的无关性特点,引入基于GPGPU的全并行干涉处理数据方法，对白光干涉测量过程中产生的海量干涉数据进行并行优化处理。最后根据获得的30CrMnSiNi2A合金疲劳断口的表面形貌三维数据，采用了幅度参数法和功率谱密度法对其表面微观形貌进行了表征。
　　实验结果表明：系统总体横向分辨率为1.18μm,纵向分辨率达10nm，扫描行程可达120μm。采用GPGPU并行算法能把程序的运行速度提高一个数量级以上。30CrMnSiNi2A合金疲劳断口详细的微观三维形貌数据能为建立和扩充失效疲劳断口表面微观形貌表征参数体系和函数体系提供客观依据。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景和现状

1.2 课题研究的意义

1.3 几种测量方法

1.4 研究内容

第2章 扫描白光干涉检测系统

2.1 系统总体结构

2.2 照明系统

2.3 干涉系统的光能计算

2.4 PZT扫描系统

2.5 测量及重建过程

2.6 本章小结

第3章 重建理论基础

3.1 算法研究

3.2 加速算法

第4章 合金疲劳断口表面微观形貌的三维重建与表征

4.1 30CrMnSiNi2A合金疲劳断口表面的三维重建

4.2 30CrMnSiNi2A合金疲劳断口表面的表征

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 创新点

5.3 课题的未来展望

参考文献

发表论文情况说明

致谢

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