航空发动机涡轮叶片表面裂纹的超声红外热成像检测

为了验证超声红外热成像检测方法对航空发动机涡轮叶片表面不同分布类型的微裂纹缺陷的检测可行性及检测效果,采用理论分析和试验结合的方法,通过分析超声红外热成像检测原理,建立超声红外热成像检测系统;对含已知类型裂纹的涡轮叶片进行超声红外热成像检测,根据试验结果分析该方法的有效性以及裂纹分布对检测结果的影响。结果表明,该方法能够快速判断叶片是否存在缺陷;对于裂纹独立分布的叶片,该方法能够准确检测出裂纹的大小和位置,而对于裂纹弥散分布的叶片,其虽然能快速检测出裂纹分布区域,但难以对裂纹数量做出定量分析。

动载下含表面裂纹岩石破坏的近场动力学模拟

为了研究动态加载下岩石表面裂纹的扩展,基于前期试验结果使用一种考虑压缩和拉伸强度比的弹塑性常规态基近场动力学模型进行数值试验。模拟动态加载下含不同角度和深度三维表面裂纹岩石的破坏过程。模拟结果表明,使用的近场动力学模型可以很好地模拟岩石三维裂纹的扩展和试样的破坏过程。通过近场动力学模拟可以得到与试验结果一致的强度变化规律。试样表面形成的裂纹深入试样内部一定深度,该深度与表面裂纹深度有关。试样内部产生的壳裂纹会与表面形成的裂纹连接形成复杂的三维裂纹。

喷丸对铝合金亚表面裂纹闭合修复的影响与试验

目的研究喷丸修复7075-T651铝合金亚表面裂纹的愈合机理及修复效果。方法建立材料亚表面裂纹在喷丸作用下的修复模型,运用Ansys进行数值模拟计算,并预测裂纹深度修复阈值;根据模型,利用线切割制造相应的裂纹,并对其进行喷丸修复,从残余应力、疲劳强度、微观结构等方面分析裂纹愈合的机理,并评估修复效果。结果仿真结果表明,在弹丸直径D=0.5mm、弹丸速度v=100m/s时喷丸修复效果最佳,裂纹修复深度阈值为0.15 mm;裂纹修复区域的表面应力为非裂纹区域的83.17%,实验结果与仿真结果相符;在修复裂纹后,试件的疲劳强度可以达到完好试样的70.32%。剧烈的喷丸冲击使裂纹亚表面材料产生较大的微观形变热,有利于组织形变,促使裂纹两侧的晶粒组织形成闭合挤压,宏观上表现为压应力下组织的紧密闭合,这种闭合起到了修复裂纹的作用,整体上属于物理性修复,但仍无法完全消除裂纹对材料的消极影响。结论喷丸通过压力作用对亚表面材料的裂纹进行闭合修复,使材料的疲劳强度得到恢复,这对于铝合金结构件裂纹的早期修复和应急性修复具有积极作用。

基于纳米划痕的熔石英玻璃去除机制与亚表面裂纹研究

目的研究熔石英玻璃在不同动态载荷作用下的材料去除机制和亚表面裂纹形成与扩展机理。方法对熔石英玻璃试样进行纳米划痕试验,分别从划痕轮廓、划痕力2个方面分析不同载荷下熔石英玻璃的力学行为,通过扫描电镜和光学显微镜观察划痕形貌,分析材料去除机制;采用逐层截面显微法对划痕截面的亚表面裂纹形貌进行观测,研究动态载荷下工件亚表面裂纹的形成与扩展机理。结果当动态载荷小于118mN时,材料发生塑性变形,亚表面未产生裂纹;当动态载荷大于118mN且小于245mN时,材料处于塑脆转变阶段,亚表面裂纹以动态载荷加载点为起点,向试样内部扩展形成赫兹锥形裂纹并伴有横向裂纹的存在;当动态载荷超过245mN时,材料进入完全脆性断裂阶段,亚表面裂纹不断扩展至表面导致材料破碎。结论随着动态载荷的不断增大,熔石英玻璃的材料去除经历了弹塑性变形、塑脆转变、脆性断裂3个阶段;亚表面裂纹受到动态载荷的影响,裂纹从载荷加载点形成,并沿着应力最大方向不断扩展,导致材料表面发生脆性断裂;熔石英玻璃的临界切深与其动态弹性模量成正比,与其流动应力成反比,动态冲击载荷使熔石英玻璃的临界切削深度下降,亚表面裂纹更易扩展,材料去除更快进入塑脆转变阶段。

引入卷积块注意力模块的Attention U-Net木材表面裂纹检测方法

木材缺陷会影响木材的使用价值和使用期限,其中木材表面裂纹是严重影响木材外观质量和机械强度的一种木材缺陷。对木材表面裂纹的检测可以尽快发现此类缺陷木材,或为后续处理提供依据。针对现有的人工检测和自动化检测木材表面裂纹效率低、成本高、漏检率高等问题,采用引入卷积块注意力模块(convolutional block attention module,CBAM)的Attention U-Net深度学习模型对木材表面裂纹图像进行语义分割,从而达到木材表面裂纹检测的目的。引入的CBAM模块包含通道注意力机制和空间注意力机制,分别用于捕捉通道间的依赖关系和像素级的空间关系,该模块被添加到Attention U-Net网络的编码阶段,以增加感兴趣区域的权重并抑制冗余信息。最后,通过消融试验验证了Attention U-Net中加入CBAM对分割性能的提升。采用像素准确率(PA)、类别像素准确率(CPA)、召回率(Recall)、Dice系数、交并比(IoU)和平均交并比(MIoU)等语义分割评价指标评价各模型的优劣,并确定最佳模型及其参数。在自制木材表面数据集的裂纹分割中,使用AdamW优化器引入CBAM的Attention U-Net的PA、木材裂纹Recall、木材裂纹Dice系数、木材裂纹IoU、MIoU分别比使用SGD优化器的Attention U-Net原始模型提高了0.11%,4.14%,2.96%,3.58%和1.84%。结果表明,使用AdamW优化器引入CBAM的Attention U-Net能够较好地分割背景和木材表面裂纹,区分节点、表面纹理和木材裂纹,并将节点和表面纹理分割为背景。

基于交流电磁场的高铁钢轨表面裂纹无损检测研究及展望

针对高铁钢轨表面产生滚动接触疲劳(RCF)裂纹导致对钢轨带来危害的问题,本文分析了钢轨表面滚动接触疲劳裂纹的形成机理及扩展规律,系统归纳了高铁裂纹的无损检测与表征方法。聚焦于交流电磁场检测(ACFM)技术,重点研究了ACFM技术发展及研究现状、理论研究成果以及存在的问题,综述了ACFM技术的特点及应用,通过与其他无损检测方法进行分析比较,阐述了ACFM测量法对钢轨表面裂纹的精准量化表征的优势。结果表明:ACFM探针传感器沿45°方向扫描,通过结合ACFM信号补偿量算法可将非均匀裂纹口袋深度误差降到5.5%,垂直深度误差降到7.1%,裂纹簇误差减小到7.1%;经过人工神经网络训练对钢轨RCF裂纹尺寸进行精准表征,最终计算的误差在10%以内。进一步讨论了融合人工智能技术的钢轨表面裂纹无损检测技术的发展趋势,为后续ACFM技术对钢轨表面RCF裂纹的检测和表征研究提出相关建议和展望。

初始裂纹倾角对圆柱滚子轴承次表面裂纹扩展的影响

为探究次表面裂纹倾斜角度对圆柱滚子轴承应力分布及裂纹扩展的影响,文章基于断裂力学、损伤力学等理论基础,应用扩展有限元法建立圆柱滚子轴承的有限元模型,模拟滚道次表面不同倾角的初始裂纹在外力载荷下的动态扩展过程,分析讨论次表面裂纹尖端的应力随裂纹倾角的变化情况以及裂纹尖端的应力对裂纹扩展的影响。模拟结果表明:在圆柱滚子压力载荷作用下,初始倾角在0°~30.0°范围内的次表面裂纹扩展主要受水平方向应力S 11的影响,次表面水平裂纹两端处的扩展同步对称进行;随着初始次表面裂纹逆时针旋转后倾角的增加,裂纹扩展速率增大,裂纹左端扩展长度增长,且增幅均由快到慢并趋于稳定状态,裂纹左端扩展角度增大,裂纹右端的扩展受到抑制。次表面裂纹的扩展速率、扩展长度、扩展角度比较结果表明,水平或较小角度的次表面裂纹扩展对损伤轴承寿命的影响较小。

滚动轴承内圈不同曲率初始次表面裂纹的扩展仿真研究

滚动轴承内圈次表面裂纹的动态扩展将影响轴承工作的稳定性,继而影响轴承的剩余使用寿命。针对这一问题,研究了滚动轴承内圈上不同曲率的初始次表面裂纹对应力分布和裂纹扩展的影响规律。首先,基于扩展有限元方法,构建了承受径向载荷的圆柱滚子轴承有限元模型;然后,基于滚动轴承次表面裂纹的形态特征,模拟了滚道次表面不同曲率的初始裂纹在径向载荷下的动态扩展过程;最后,基于模拟结果,在相同工况下,分析并讨论了次表面裂纹尖端应力随裂纹曲率的变化规律,以及裂纹尖端应力对裂纹扩展的影响。研究结果表明:在径向载荷作用下,次表面裂纹尖端出现应力集中现象;裂纹的扩展主要受水平方向应力(S_(11))的影响;相同工况下,0.25 mm^(-1)~1.67 mm^(-1)曲率范围内的次表面裂纹,曲率较大的裂纹两端的应力较小;次表面裂纹的曲率越大,裂纹的扩展长度和角度均越小;通过比较相同径向载荷下不同曲率次表面裂纹的扩展长度、扩展角度等,发现曲率较大的次表面裂纹对轴承的损伤程度以及寿命的影响较小。这些研究结果可以为更好地理解和预防轴承损伤提供理论依据和参考。

电子束冷床炉熔铸钛合金锭表面裂纹形成原因分析

电子束冷床炉(简称EB炉)熔铸技术在钛及钛合金圆锭、扁锭的制备中发挥重要作用,但是与纯钛熔铸相比,钛合金熔铸时容易出现严重的横裂纹。工程实际中发现结晶器内壁黏结物与凝固坯壳的连接是裂纹形成与扩展的主要原因。通过数值模拟及工程试验的方法分析确定了典型钛合金表面裂纹的形成机理及影响因素,并获得了凝固坯壳与拉锭速度及液面电子枪能量的关系,发现高拉速和持续拉锭的区域容易出现裂纹。

基于Sobel算子的板件钢材表面裂纹数字图像识别研究

基于钢材表面裂纹颜色深度高于周围临近区域的特点,本文针对采用图像处理的方法对钢材表面裂纹自动识别展开研究。利用Sobel算子对图像边缘进行检测,进而识别出板件钢材的表面裂纹。采用双目立体视觉系统作为图像采集的硬件输入,对获取图像的畸变处理、摄像头的标定具体方法展开分析。在具体算法上,本文将获取的裂纹图像由RGB格式转换为YUV数据,并利用Sobel算子进行卷积计算得到图像梯度,将梯度值进一步进行均方根运算得到像素点灰度值;同时,根据钢材种类、表面特性对裂纹灰度阈值进行多次训练,以得到不同情况下的钢材裂纹判别阈值。将该阈值与计算得到的图像灰度值进行比较,根据比较结果对颜色通道进行赋值进而得到裂纹的像素点。再进一步对黑色像素点进行插值运算,得到连续的钢材裂纹曲线。

基于C8051F的电梯钢带表面裂纹检测方法研究

电梯钢带具有坚固耐用、重量轻、安全性高等特点,现广泛运用于曳引式电梯,钢带表面裂纹是其较为常见的一种失效形式。本文从钢带表面裂纹检测的现状出发,提出了一种基于C8051F的钢带表面裂纹检测方法,通过检测装置机械结构设计,硬件电路及软件设计,实现了该装置的功能。经验证,该方法可行性强,可实现对整根钢带的正反两面的表面裂纹进行实时检测。

Q355B钢厚板表面裂纹原因分析及改进措施

本文针对某钢厂Q355B钢板表面裂纹问题,通过对裂纹缺陷位置取样做金相检测和对铸坯扒皮检查,分析造成Q355B钢板表面裂纹的主要原因是Nb强化铸坯第Ⅲ脆性温度区间较Ti的高,加之浇注速度降低了0.2 m/min,铸坯矫直时表面温度正好在第Ⅲ脆性温度区容易产生裂纹。铸坯直接热送热装到加热炉,于奥氏体晶界的先共析铁素体和析出的第二相粒子,在加热过程不能充分回溶且轧制过程易产生裂纹。本文采取优化合金、改善铸坯冷却强度、适当提高浇注速度和铸坯下线缓冷等措施降低铸坯表面裂纹发生的概率。

基于被动式RFID传感的指纹辅助金属表面裂纹多特征监测技术研究

针对金属表面裂纹的多特征监测问题,提出了一种基于射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术的裂纹多特征监测方法。首先,设计了一种RFID标签阵列,通过裂纹影响标签反射信号的相位特征来感知裂纹特征。然后,设计了一种基于几何法的裂纹粗定位算法,利用粗定位结果结合指纹法进行细粒度定位,计算得到裂纹的方向、位置和宽度。最后,通过在不同标签阵列密度以及指纹密度的情况下进行仿真,并进行真实实验来验证该算法的有效性和准确性。仿真及实验结果表明,与传统RFID指纹法相比,所提方法能有效降低裂纹多特征监测误差。

交流电磁场钢轨表面裂纹高速检测信号处理模块开发

交流电磁场检测(Alternating Current Field Measuremnt,ACFM)技术因受速度和提离效应影响小,在钢轨裂纹高速检测中具有良好的应用前景,但信号拾取速度会导致裂纹信号频率发生偏移,造成量化误差、漏检和误检。为提高ACFM技术在钢轨裂纹检测中的可靠性,基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)研发了交流电磁场钢轨表面裂纹高速检测信号处理模块,采用理论推导方法分析了检测速度对裂纹信号频率偏移的影响,构建了检测速度与裂纹信号有效频率范围之间的关系。采用FPGA开发了具有截止频率自动跟踪检测速度的数字正交锁相放大器,同时,开发了完整的钢轨表面裂纹检测装置和实验系统,最终,通过实验验证了模块的检测能力和稳定性。

三维表面裂纹应力强度因子参数敏感性有限元分析

三维表面裂纹是许多工程结构中普遍存在的一种缺陷,无论是在损伤容限设计或缺陷评估阶段,人们都要求对裂纹的应力强度因子进行精确的估计,这一参量对裂纹的预测和剩余疲劳寿命的估计起到至关重要的作用。借助有限元软件Abaqus和断裂力学软件Franc3d建立三维半椭圆表面裂纹实体模型,依据断裂力学相关知识,采用M-积分法,对含有表面裂纹的模型进行数值模拟,研究了模型在不同裂纹形状比(a/b=1.5、1.36、1.25和1.15)以及裂纹倾角(θ=0°、15°、30°和45°)下的裂纹扩展情况和应力强度因子参数敏感性。主要研究内容与结论如下:裂纹形状比a/b越大,应力强度因子越小,应力强度因子分布形貌由“凹”向“凸”转变;裂纹倾角达到0°时,裂纹深处应力强度因子最大,裂纹更容易扩展,随着裂纹倾角(0°、15°、30°和45°)的增大,应力强度因子逐渐减小。

基于ACFM技术表面裂纹检测仪的设计与开发

本文设计开发了一种基于ACFM技术的表面裂纹检测仪,可实现透过涂层或绝缘层检测金属表面裂纹缺陷,并通过采用测量裂纹区内漏磁的磁场方式检测磁性金属中的疲劳、腐蚀或工艺性质的表面裂纹,能完成传统磁粉探伤法的全部功能,且不需要清理金属表面、人工磁化和采用磁悬液,极大地提高了金属表面裂纹检测效率。

基于红外热成像技术的混凝土表面裂纹检测研究

为了更加高效、精准地检测混凝土表面裂纹,提出了红外热成像技术的混凝土表面裂纹自动检测方法。通过红外热成像技术生成混凝土表面图像,经灰度化处理去除混凝土表面图像杂色,并获取灰度化图像,然后对灰度化图像进行阈值化,从阈值化图像中提取混凝土表面裂纹特征信息,建立无裂纹混凝土表面图像的灰度值一维矩阵,并利用最小二乘法曲线拟合灰度值将待检测混凝土表面图像和无裂纹混凝土表面图像相减,突出裂纹信息,实现混凝土表面裂纹检测。实验结果表明方法的裂纹检测准确率高、速度快,在不同噪声影响下均具备较高混凝土表面裂纹检测精准度,获得了理想的混凝土表面裂纹检测效果。

易切削非调质汽车用钢表面裂纹形成机理及工艺优化

易切削非调质汽车用钢采用410 mm×530 mm大断面连铸坯轧制成规格Φ130~220 mm的钢材,表面探伤合格率较低,钢材表面出现裂纹缺陷,通过对钢轧全流程系统分析发现为连铸坯表面角部横裂纹和星状裂纹所导致,其与结晶器铜管倒锥度及R角不合理、钢中硫化物形态及偏析聚集、保护渣理化指标适配性差、二次冷却系统工艺有待优化等方面原因有关。通过改进结晶器铜管倒锥度及R角、微钙化处理工艺改善钢中硫化物形态、调整结晶器保护渣的理化性能指标、优化二次冷却系统,酸洗试样表面质量合格率提高了近30%,铸坯表面磁粉探伤合格率提高至99.2%,连铸坯所对应轧材的表面探伤最高炉次达98.6%、最低炉次达92.4%,铸坯纵剖酸洗试样V型偏析改善明显,且碳、硫的中心偏析指数分别为1.04、0.97,符合±0.05的高标准均质化要求。

管路外表面裂纹应力强度因子研究

油气管道裂纹会降低管路的承载能力甚至会带来危险,因而研究带内压的有裂纹管道的安全性成为迫切需要解决的问题。以椭圆表面裂纹的管道为研究对象,通过对裂纹体进行有限元软件和三维裂纹分析软件联合仿真,研究裂纹体的应力云图和裂纹应力强度因子变化。研究结果表明:径向裂纹若增大倾斜角与深度,将增加裂纹前缘的应力集中;增加裂纹倾斜角度,Ⅰ型裂纹应力强度因子和J积分会小,Ⅱ型和Ⅲ型裂纹应力强度因子会增加;椭圆裂纹的深度加大会让裂纹前缘的Ⅰ型裂纹应力强度因子和J积分变大,但两端处值的增长速度大于尖端处;裂纹长度的增加会让裂纹尖端附近Ⅰ型裂纹应力强度因子和J积分增长速率大于裂纹两端处。研究结果为管道裂纹扩展与控制提供技术支撑。

大型铸钢件表面裂纹缺陷的产生原因及控制措施——以某大型体育馆屋盖钢结构用铸钢件为例

铸钢件表面裂纹的产生主要是因为钢水中硫,、磷含量偏高及热处理工艺等方面控制不严。某大型体育馆项目实施全过程驻厂监造,针对生产过程中的关键环节进行分析并提出优化措施以期为相关工程提供借鉴。