疲劳裂纹扩展高分辨率ct分析新进展

《疲劳裂纹扩展高分辨率ct分析新进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第19卷第2期CT理论与应用研究Vol.19,No.22010年6月（35-41）CTTheoryandApplicationsJun.,2010敖波,张小海,李春阳,等.疲劳裂纹扩展高分辨率CT分析新进展[J].CT理论与应用研究,2010,19(2):35-41.AoB,ZhangXH,LiCY,etal.Newdevelopmentoffatiguecrackpropagationanalysisbyhighresolutioncomputedtomography[J].CTTheoryandApplications,2010,19(2):35-41.疲劳裂纹扩展高分辨率

2、CT分析新进展1121敖波，张小海，李春阳，邓翠贞1.南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，南昌3300632.中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，西安710065摘要：材料疲劳破坏的本质是疲劳裂纹的萌生和扩展，采用高分辨率CT研究疲劳裂纹是当前国际上的研究热点。本文首先总结了高分辨率CT设备的发展现状，指出国内也具备了开展相关研究的设备条件。其次总结分析了高分辨率CT在疲劳裂纹扩展中的应用及国内外研究现状。最后对高分辨率CT在疲劳裂纹中的应用发展趋势进行了展望。关键词：高分辨率CT；裂纹扩展；CT尺度；密度场文章编号：1004-4140（2010）02-0035-

3、07中图分类号：V416.3；TP391.41文献标识码：A材料疲劳破坏的本质是疲劳裂纹的萌生和扩展。近几年来，航空领域多次发生因疲劳裂纹未能及时发现造成的重大空难事故。据美国空军材料实验室（AFML）统计，由疲劳裂纹引起的航空发动机转子破坏占整个航空发动机的事故比例超过74％，转动部件疲劳断裂是航空发动机最主要的失效形式。随着现代民用、军用飞机的老龄化问题日益严重，以及新一代高性能飞机项目的实施，航空构件服役过程中疲劳裂纹扩展的检测与分析，一直是[1－3]非常活跃的研究领域。虽然国内外对航空材料疲劳裂纹萌生、稳定扩展、失稳断裂过程进行了大量、深入的[4－5]研究，但由于三维裂纹

4、扩展的复杂性以及现有检测手段难以综合考虑缺陷的详细信息和演化历史，故很难提出准确的寿命预测模型。在三维裂纹扩展分析方面还存在很大的局限性，主要表现在以下几个方面：①当前的结构损伤容限分析和寿命预测的CAE技术仍然是基于二维断裂理论。②除CT外现有的检测手段无法获取三维裂纹的详细信息（如位置、尺寸、分布等），难以定性和定量描述，而表面裂纹（二维）无法全面反映内部裂纹（三维）的信息。③缺少对初始裂纹的尺寸、位置的准确描述。④裂纹扩展是一个非平面扩展过程。⑤虽然显微CT已用于三维裂纹分析，但显微CT成像是高分辨率成像，而高分辨率卷积核保留或增强了图像中的高频部分，噪声恰恰表现为高频部分

5、。因此，显微CT成像往往受噪声干扰严重，由于冶金质量偏低造成裂纹扩展尖端存在的细小密度变化难以和噪声区别开来，在裂纹尖端区域往往呈现低对比度的特点。另一方面显微CT成像是放大成像，扫描视场小（一般在毫米级），而实际服役工件尺寸大，无法直接进行显微CT扫描。若采用常规工业CT设备，则可能因密度分辨率和空间分辨率不够检测不到裂纹。因此，扫描视场和成收稿日期：2010-03-01。基金项目：航空科学基金（20090756001）；南昌航空大学博士启动基金（EA200908181）。制作者(版权所有):《》编辑部,http://www.cttacn.org36CT理论与应用研究19卷像分

6、辨率是一对矛盾体。⑥材料性能参数的计算需要三维裂纹的详细描述。当前国内对飞机金属结构的检修主要采用人工巡检的方法，对于巡检部位、巡检周期和巡检方法等都是基于二维裂纹扩展方式下得出的，采用二维裂纹方法不能对裂纹的扩展进行准确的评估。因此，探索三维裂纹扩展分析的新方法对提高寿命预测的准确性具有重要的理论和实际意义。1高分辨率CT进展三维显微CT（3DMicro-ComputedTomography，3D-MicroCT）技术是一种新型的采用微焦点X射线成像原理进行高分辨率三维成像的设备，可以获得高精度三维图像，能清晰、准确、直观地显示样品内部详尽的三维信息，如位置、大小、分布、结构和

7、材质组成等，并能进行结构、密度和力学的定量分析。与其他无损检测手段相比，只有CT能对材料性能参数做出定量表征。近年来，CT扫描方式已从传统的二维扫描发展到锥形束、螺旋束[6]扫描，新的成像原理和高分辨率CT技术也取得了突破，最先进的微焦点CT的空间分辨率已达到微米级。欧洲同步辐射实验室（EuropeanSynchrotronRadiationFacility，[7]ESRF）研发的beamlineID19，其空间分辨率已达到0.7μm，而日本研发的第3代同步辐[8]射CT设备be