LY12铝合金疲劳损伤的非线性超声检测.pdf

《LY12铝合金疲劳损伤的非线性超声检测.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第32卷第2期航空材料学报Vo1．32，No．22012年4月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSApril2012LY12铝合金疲劳损伤的非线性超声检测颜丙生，张士雄(河南工业大学机电工程学院，郑州450007)摘要：针对LY12铝合金材料的早期疲劳损伤问题，研究发展了一套可靠的超声非线性系数测量实验系统，利用该系统离线测量了LY12铝合金疲劳试件的超声非线性系数。实验结果表明，在未达到60％左右疲劳寿命时，超声非线性系数对LY12铝合金材料的早期疲劳损伤有很高的灵敏度。同时利用浸蚀法观察了LY12硬铝疲劳试件的位错密度变化，超声非线性系数

2、和位错密度随疲劳周次的变化近似一致，表明超声非线性效应与晶体中的位错有关，超声非线性系数可以表征晶体材料内部位错的变化，进而预测金属材料的疲劳寿命。关键词：非线性超声；LY12铝合金；疲劳；微观观察DOI：10．3969／j．issn．1005-5053．2012．02．017中图分类号：TB551文献标识码：A文章编号：1005—5053(2012)02-0093-06LY12硬铝合金是航空宇航工业中广泛应用的尽管非线性超声无损检测技术具有广阔的应用合金材料之一，具有较高的强度和韧性，不容易断前景，但仍然没有成功地应用于工程实际，目前国内裂，是硬铝中用量最大的铝合

3、金材料。通常被用来外的研究主要集中在非线性超声宏观检测方面。本制作飞机、火箭的蒙皮、壁板和隔框、翼肋，是代替钢工作根据LY12铝合金的材料特性，发展了一套可靠材的最佳材料。但是，铝合金的突出弱点是其疲劳的超声非线性系数测量实验系统，利用该系统进行了强度对应力集中比较敏感，且随着硬度的提高，这一材料疲劳非线性超声检测实验，并结合微观实验，研敏感程度增大。而航空铝合金在实际使用过程中，究了材料超声非线性特性与位错密度之问的关系。由于工作环境复杂，一些部件容易出现疲劳裂纹和损伤，这对于飞机等关键构件的安全服役造成了极1超声非线性系数大威胁¨J。因此，对于LY12铝合金超声

4、波无损检测技术的研究也就具有重要意义。一般来说，固体介质都具有非线性的特征，比如超声无损检测技术利用波的时程、声速和衰减微结构缺陷引起的非线性特征等，固体介质的非线等物理参数已经可以对疲劳试件中的宏观裂纹进行性特征一般通过高阶弹性常数来描述。单一频率正有效的检测和评估]。但是，上述线性物理参数对弦超声波在固体介质中传播时将与固体介质间产生金属材料早期疲劳并不敏感_3J。近期相关实验研非线性相互作用，从而产生高次谐波，为了有效反应究表明金属材料的早期疲劳损伤与超声波的非线性这一特点，Cantrell，Breazeal等人，m建立了固体介效应密切相关[4]。在金属材料的

5、早期疲劳损伤阶质内的非线性超声波动方程。对方程求解后可以得段，由于位错和滑移带等微观缺陷的存在，当单一频到材料的非线性系数口为：率的超声波在金属材料内部传播时会使波形发生畸变，从而产生高次谐波。因此，通过对这些高次谐波-8(象)i(1)的检测，可以对材料和结构的早期疲劳损伤做出有式中k为波数，与声波频率和波速有关，为声波传效的无损检测和评估。播距离。当声波频率和超声波传播距离一定时，由式(1)可知，测量出基波和二次谐波幅值A和A的收稿日期：201l-08-05；修订日期：2011—11一O9值，就可确定材料的超声非线性系数。基金项目：国家自然科学基金(1080202

6、7)；河南工业大学高金属作为一种晶体，其疲劳损伤与晶体中位错层人才基金(2011BS047)的运动存在密切的关系，周期性疲劳载荷的作用下，作者简介：颜丙生(1978一)，男，博士，讲师，主要研究方向金属材料内部的位错密度、位错弦长、位错组态和滑为新材料和结构的超声无损检测新技术，(E—mail)yanbing—sheng@163．corn。移带等微观结构将发生变化，从而使超声非线性系航空材料学报第32卷数有较显著的改变⋯J。因此超声非线性系数可用作描述介质非线性的量化指标，特别是对材料的3LY12硬铝材料性质和试件设计制作早期疲劳寿命预测将具有重要的实际意义。在本实

7、验中，为了研究方便，采用=A2／A来LY12硬铝合金密度为2790kg／m，弹性模量表征超声非线性系数的变化情况。显然，它与材料E=73GPa，泊松比=0．32。根据GB／T228—的绝对非线性系数成正比。2002~金属材料室温拉伸试验方法》，通过三根标准的狗骨试件拉伸试验得到的LY12硬铝合金屈2实验系统与测量方法服强度为390MPa，抗拉强度为532MPa，纵波波速为6485m／s。图1所示为超声非线性系数测量系统。系统主图2为试件尺寸示意图，为圆棒形，试件分为要包括信号发生器33220A、功率放大器AG1016、A，B两组，A组为未进行疲劳加载的原始试件，