探秘铁路无缝钢轨

<正>2009年12月26日武广高速铁路正式运营,设计时速350千米/小时,列车在如此高的速度下运行,即使把矿泉水瓶倒置在小桌板上也不会倒,同时列车运行中完全没有传统列车的有节奏的大声响,是     

循环温度疲劳作用下粘接界面损伤的非线性超声评价

材料损伤以及性能退化与超声波的非线性效应密切相关.为研究循环温度疲劳作用下粘接界面的损伤情况,本文采用超声波透射法,研究了6061型铝合金/改性丙烯酸酯胶粘接界面的声学非线性系数随高温、低温循环次数的变化情况.结果表明,在高温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数变化不明显,但随着高温循环次数的不断增加,非线性系数随循环次数的变化十分明显;对于低温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数迅速增大,随着循环次数的增加,其值增速减缓.在低温循环疲劳寿命的后期,试件的非线性系数随循环次数的增加而继续增大.进一步的讨论结果表明,胶层三阶弹性常数的变化是造成高温循环疲劳时非线性系数变化的主要原因,而对于低温循环疲劳,粘接界面拉伸刚度的变化是引起非线性系数变化的主要原因.     

非线性电磁超声对铝合金拉伸变形评价研究

非线性系数是描述材料中微纳尺度损伤的特征参量,非线性系数常通过接触式压电超声进行检测,但耦合剂引起的非线性一般是未知的,针对这一问题,提出了一种非接触式电磁超声非线性纵波检测方法。该方法基于洛伦兹力机理在试件表面产生的振动弹性波,利用不同拉伸载荷下所制备的损伤试件,分别利用压电超声、电磁超声进行非线性超声系数测量。实验结果表明:利用两种非线性超声检测的相对非线性系数与铝合金的拉伸形变呈单调关系,同时也论证了电磁超声纵波基于非线性理论对塑性变形评估的可行性。     

金属基复合结构粘接强度的非线性超声混频检测

采用非线性超声混频方法对金属基复合结构的粘接强度进行表征研究。以不同固化剂含量的铝合金丙烯酸酯粘接结构作为检测对象,基于非线性超声混频的共振条件及其作用机制,并结合粘接固化机理,开展了非线性超声混频实验。非线性超声混频模式选取两列横波生成和频纵波的方式,实验测量并计算不同基频周期数下的超声非线性参量。通过拉伸实验标定粘接结构的粘接强度,并采用扫描电镜分析拉伸断面微观结构,进而分析超声非线性参量与粘接强度的关系。从实验结果可以看出在不同周期的基频信号激励下,超声非线性参量随着粘接强度的增大均呈现出减小的趋势。研究表明非线性超声混频信号对金属基复合结构粘接强度的变化比较敏感,可以适用于类似结构件粘接强度状态弱化的表征。     

微小层片型缺陷的超声非线性区域检测技术*

针对微小层片型缺陷的超声检测效率低、检测能力弱、易受主客观因素干扰的问题,提出弹簧扁钢中微小层片型缺陷的非线性超声区域检测技术。首先,优化探头夹持装置并提出区域检测方法,提取稳定可靠的检测信号;其次,提出相对非线性系数均值及波动系数表征缺陷分布;最后,基于斯皮尔曼次序相关系数分析扁钢各类缺陷与非线性超声系数均值的相关性。研究结果显示:两种非线性超声特征参数中的波动系数具有更高的缺陷敏感度,可表征扁钢中缺陷分布;波动系数与扁钢中微小层片型缺陷的相关系数比与体积型缺陷的相关性系数大得多,特别适用于微小层片型缺陷的检测。     

残余应力的超声横纵波检测方法

基于声弹性原理,研究板材厚度方向、螺栓轴向方向(以下简称z轴方向)宏观残余应力分布的超声无损检测方法。针对被测构件厚度不均匀对应力检测精度的影响非常大、检测原理繁杂不适合工程应用、拉伸实验中拉伸形变对应力系数测量精度的影响很大等问题,采取超声横波、纵波相结合的方法重新推导检测公式,并提出采用一发一收模式进行拉伸实验,通过对实验数据进行拟合,由公式计算出声弹性系数代替应力系数。然后结合插值、互相关等算法,采用VC++编制z轴方向残余应力超声检测软件并搭建检测系统。分别对性能为A2-70,4.8,8.8,长度依次为135 mm,100 mm,100mm的M20的螺栓进行拉伸实验,比对计算拉伸应力与检测拉伸应力,结果表明,该测量系统的绝对误差限为20 MPa,相对误差小于25%,且应力值较大时,相对误差有所减小,当应力值大于100 MPa时,相对误差小于5%,非常实用。     

非线性系数对超晶格透射的影响

研究了非线性系数对超晶格中波透射的影响.把非线性薛定谔方程转化成二阶差分方程，通过迭代此差分方程得到透射谱.透射谱显示非线性系数对波的透射有明显的调制作用. 关键词： 透射 非线性Kronig-Penny模型 非线性系数     

钢轨缺陷的超声相控阵波数成像算法*

该文应用超声相控阵全矩阵捕获的波数成像算法,检测带有通孔缺陷的钢轨和B型相控阵试块。以实验获取的全矩阵数据为基础,研究了自发自收模式和全矩阵模式的波数成像算法,理论上分析了全聚焦方法和波数算法的计算性能,取得波数成像的结果并与全聚焦方法的成像结果做了对比。实验结果表明:波数成像算法具有更快的计算速度和更高的横向分辨率,且能够更加精准地还原钢轨中缺陷大小和形状,而传统的全聚焦方法计算耗时长,聚焦点分布不均匀,重建较大的缺陷出现了纵向拉长的现象,不能够较好地反映钢轨中的大缺陷。波数成像算法在各向同性材料实时检测中有很大的应用潜能。     

温度与应变率对钽流动应力的影响

 研究了温度在-100～400 ℃、应变率在10^-5～10³ s^-1范围内温度和应变率的变化对钽的流动应力的影响。结果表明,钽的流动应力对温度和应变率的变化相当敏感。同时还就两种本构模型对钽的温度效应与应变率效应的不同处理方法作了比较,指出Zerilli-Armstrong模型能更好地描述温度与应变率对钽流动应力的影响。     

沉积温度对氧化钇稳定氧化锆薄膜残余应力的影响

采用自制掺摩尔分数12%的YzO2的ZrO2混合颗粒料为原料,在不同的沉积温度下用电子束蒸发方法沉积氧化钇稳定氧化锆(YSZ)薄膜样品.利用ZYGO MarkⅢ-GPI数字波面干涉仪对氧化钇稳定氧化锆薄膜的残余应力进行了研究,讨论了沉积温度对残余应力的影响.实验结果表明:随沉积温度升高,氧化钇稳定氧化锆薄膜中残余应力状态由张应力变为压应力.且压应力值随着沉积温度升高而增大;用X射线衍射仪表征了不同沉积温度下氧化钇稳定氧化锆薄膜的微观结构,探讨了薄膜微观结构与其应力的对应关系,并对比了纯ZrO2薄膜表现出的应力状念.     

激光冲击对不锈钢焊接接头残余应力场的影响

针对不锈钢焊接接头存在残余应力且分布不均匀、容易发生应力腐蚀的问题,采用激光冲击强化对其进行处理,探究激光功率密度和冲击次数对表面残余应力状态的优化作用,并通过应力腐蚀试验验证优化效果。结果表明：随着功率密度增加,表面残余应力明显下降,但下降幅度逐渐减小,功率密度4.24 GW/cm2与2.83 GW/cm2冲击产生的残余应力相差不大,熔合区还存在残余拉应力,说明高功率密度不足以消除表面残余拉应力;随着冲击次数增加,残余拉应力显著降低,2.83 GW/cm2冲击3次之后,残余拉应力完全消除,局部最高应力梯度从54.7 MPa/mm下降到11.7 MPa/mm,获得了高数值、分布均匀的残余压应力层。激光冲击强化后,焊接试样的应力腐蚀断裂时间提高了33.48%,激光冲击强化产生的残余压应力是其应力腐蚀抗性提高的重要原因。     

An ultrasonic testing method for gas pressure welded joints of reinforcing steel bars

Gas pressure welding for jointing of reinforcing steel bars is most commonly used in Japan and the Far Eastern regions, where there are frequent earthquakes. An ultrasonic testing method has been developed for gas pressure welded joints. An intrinsic feature of the ultrasonic testing method is that there is a correlation between the ultrasonic testing results and the mechanical property (tensile strength) of joints. This feature enables non-destructive detection of gas pressure welded joints with tensile strength below a reference value. The theoretical justification for the correlation between the ultrasonic testing results and the tensile strength of the joints is discussed.     

基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法*

超声相控阵是超声检测领域常用的材料缺陷定位和成像技术,可便捷快速地对裂纹、孔洞等缺陷进行成像。但是,传统超声相控阵方法对较小缺陷如闭合裂纹不太敏感。非线性超声信号因对材料性能退化以及微小缺陷敏感而广受关注。本文针对疲劳闭合裂纹检测,提出一种基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法,通过测量物理聚焦和虚拟聚焦两种聚焦模式下超声扩散场中的声能差,并将其作为非线性参量,实现疲劳裂纹闭合部分的定位成像和定量表征。将该法应用于7075铝合金试样疲劳裂纹的实验测量,并研究了扩散场信号延迟时间对非线性超声相控阵成像结果的影响。结果表明：相较于传统超声相控阵全聚焦法,基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法能够更准确地定位和成像疲劳裂纹闭合部分;延迟时间的选择对疲劳裂纹长度的表征精度影响较大,本文研究了该延迟时间的选择方法并实现了检测结果的优化。     

超声非线性效应表征的动态小波指纹分析方法

针对结构早期损伤超声非线性检测中损伤表征问题,发展了一种基于动态小波指纹的超声信号分析方法,从超声信号的动态小波指纹分布中提取出一种可用于结构早期损伤表征的超声非线性特征参数。研究了小波基函数及分析尺度对超声非线性效应提取效果的影响,优选出对结构早期损伤敏感的小波基函数以及尺度范围。将提出的动态小波指纹分析方法应用于二次谐波及混频非线性超声检测信号分析,结果表明,动态小波指纹分析方法可有效提取出检测信号中的二次谐波及混频分量,基于小波指纹分布的非线性特征参数可用于板结构中微裂纹的定量表征.本文研究工作为结构早期损伤超声非线性检测中的弱非线性效应提取作了有益探索。     

不锈钢焊接件不等强度激光冲击与应力腐蚀试验研究

针对不锈钢焊接接头应力及组织分布不均匀,容易导致应力腐蚀开裂的问题,采用不等强度激光冲击波对316奥氏体不锈钢焊接接头进行处理。通过应力腐蚀试验、残余应力测试及微观组织分析,研究了激光冲击强化对焊接接头应力腐蚀抗性的影响及其作用机理。试验结果表明：激光冲击强化将焊接件的应力腐蚀断裂时间提高了33.48%。激光冲击波的作用,在焊接接头部位引入了高数值的残余压应力,一方面消除了热影响导致的残余拉应力,同时抵消了拉伸工作载荷的作用,降低局部应力梯度,从而延缓表面钝化膜的破裂;另一方面,激光冲击使焊接接头不同区域之间的微观组织均匀和细化,提高了微裂纹萌生的条件,降低了金属发生阳极溶解的可能性。两种因素的共同作用,使得不锈钢焊接接头的抗应力腐蚀性能显著增强。     

The measurement of residual stress in textured steel using an ultrasonic velocity combinations technique

A new ultrasonic technique for the determination of residual stresses in steel, intended to correct for the effects of variable texture and microstructure, is proposed. The method is based upon the use of the compressional wave time delay in addition to the time delays of two orthogonally polarized shear waves used in the shear wave birefringence technique. This method is justified theoretically using expressions for the ultrasonic velocities in an aggregate of orthorhombic symmetry composed of cubic crystallites.Measurements of the three time delays for propagation in the through thickness direction have been made on a large number of steel plates selected at random. The measurements are found to fall on two lines, and reveal that two types of texture are present in rolled steel plates. In the presence of a stress, the measured points deviate from the lines and this effect is quantified theoretically using elastic constants obtained by applying a uniaxial compressive stress to one of the samples.The usefulness of the technique to determine a residual stress distribution is demonstrated by measurements near the tip of a crack in a compact tension specimen.     

非线性增光子热态的非经典特性

本文从描述驻波激光场与囚禁离子相互作用的非线性Jaynes-Cummings模型出发,引入一种新的量子态,即非线性增光子热态.采用理论分析和数值计算相结合的方法,研究了Lamb-Dicke参数,温度和激光场的初相位等参数对这种量子态的非经典效应的影响.结果表明:非线性增光子热态的Mandel Q因子随温度的变化存在一个极小值.Lamb-Dicke参数越大,非线性增光子热态的非经典效应就越强.此外驻波场的初相位也对该态的非经典效应有明显的影响.