基于超声波红外热像的混凝土泵车臂架疲劳裂纹检测的数值模拟分析.pdf

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1、机械工程师MECHANlCALENGINEER基于超声波红外热像的混凝土泵车臂架疲劳裂纹检测的数值模拟分析李赞，伍济钢，龚木红，袁继广(湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室，湖南湘潭411201)摘要：混凝土泵车臂架由于长时间过度受载等原因极易产生疲劳裂纹，及时发现疲劳裂纹可以有效地避免裂纹扩展甚至断裂。超声波红外热像无损检测作为一项新型的裂纹检测技术对疲劳裂纹有良好的检测效果。文中基于超声波红外热像方法建立了不同长度的疲劳裂纹钢平板件模型并进行有限元分析，并制作对应的标准SE(B)疲劳裂纹试件进行试验，试验结果验证了仿真结果的正确性，超声波红外热

2、像方法对3～8mm的裂纹都具有良好的检测性。关键词：泵车臂架：超声波红外热像：疲劳裂纹中图分类号：TB559文献标志码：A文章编号：1002—2333(2016)05—0031—04NumericalSimulationAnalysisonFatigueCrackDetectionofConcretePumpTruckBoomBasedonSonicIRLIZan，WUJigang，GONGMuhong，YUANJiguangHunanProvineialKeyLaboratoryofHealthMaintenanceforMechanicalEquipm

3、ent，HunanUniversityofScienceandTechnology，Xiangtan41120I，China)Abstract：Duetolongtimeofoverloading，theconcretepumptruckboomisextremelyeasytoproducefatiguecrack．Promptdetectionofthefatiguecrackcaneffectivelyavoidthecrackgrowthandevenfracture．SonicIRhasagoodeffortonfatiguecracksdete

4、ctionasanewnondestructivemethod．FiniteelementanalysisofsteelplatemodelwithdifferentlengthoffatiguecrackiscarriedoutbasedonthesonicIRmethodinthispaper，andthecorrespondingstandardSE(B)fatiguecrackspecimensaretested．Theresultverifiestheaccuracyofthesimulationresults，andS,howsthatthes

5、onicIRmethodhasgooddetectionperformanceforthecrackof3～8mm．Keywords：concretepumptruckboom；sonicIR；fatiguecrack0引言}昆凝土泵车作业时，臂架系统受到多种载荷的作用，由于过度负载、操作不当、缺乏维护等原因，极易产生疲劳裂纹，疲劳裂纹若未能及时发现便会发生扩展甚至发生疲劳断裂，造成财产损失和人员伤亡【11。因此准确地检测出臂架的疲劳裂纹对保证混凝土泵车臂架系统安全作业具有非常重要的意义。超声波红外热像无损检测技术作为一项新型的无损检测技术，相较于其他常见

6、无损检测具有检测速度快、检测范围广、裂纹检测灵敏度高以及对检测物表面要求低等优势[24。本文建立了三种不同长度的裂纹缺陷对超声波激励裂纹生热这一过程进行数值模拟，分析超声波红外热像技术对不同长度的裂纹的检测情况。1超声波红外热像特点和原理超声波红外热像技术是将超声波和红外热像仪两者结合的新型的无损检测技术，同时超声波作为激励源，属于主动式的红外热像无损检测【哪。相较于其他红外热像无损检测技术，超声波红外热像技术最大的优势是只针对裂纹缺陷位置进行加热，得到的红外热图像信噪比高，对缺陷的检测能力大大提高m。该技术一般采用20～40kHz低频超声波对测试件进行激

7、励，在超声波的作用下裂纹的接触界面相互摩擦生热，热量扩散到试件表面导致裂基金项目：湖南省科技计划项目($2014T409013)纹区域温度升高。利用红外热像仪对试件表面温度进行实时捕捉和记录，并通过热像仪配套专业软件对采集的时序热图进行处理分析，可以判断出试件裂纹的存在以及具体位置[S-Ol。2有限元分析模型1)建立模型。混凝土泵车臂架实际结构十分复杂，因此在有限元建模时对其进行了简化。本文建立3个含有不同裂纹长度的平板件模型。试件模型尺寸ylr21ommx80mmX5mm，其中裂纹长度分别3，5，8mm，裂纹采用v字贯穿型裂纹，开口尺寸为0．005mm，

8、图1所示为裂纹长度为5mm模型。利用ANSYS的结构一热耦合模块对