基于DCPD的CT试样裂纹扩展数值模拟标定方法

为保证核电结构裂纹扩展监测结果的准确性,建立有效的标定方法至关重要。该文根据直流电位降(DCPD)法的原理和有限元分析软件建立电位场模型,直观、定量地获得电位场变化数据,分析紧凑拉伸(CT)试样在不同裂纹长度下的电位降,并从监测环节考虑多种因素对标定曲线的影响,最后结合裂纹监测平台进行实验验证。结果表明,裂纹主电位接线点的位置、不同材料和几何尺寸对标定曲线产生微伏级的影响,仿真与实验数据分析结果的最大误差为4.9%。该标定曲线具有一定的可行性,可为后续动态裂纹扩展监测实验及验证工作提供参考。

基于直流电位降法的缺陷区域多探针检测

油气管道在服役过程中由于制造过程、环境复杂等因素容易产生缺陷,造成管道破裂等事故,因此对管道的无损检测具有重要意义。通过直流电位降法研究裂纹缺陷对电位场的影响规律,建立了多探针缺陷检测方法。首先采用有限元法对含有缺陷的平板试样进行电位分析,缺陷区域的电位差明显高于无缺陷区域,通过多探针的检测范围对试样区域进行划分后,提出了多探针缺陷区域检测方法。检测到区域存在缺陷后,对缺陷影响因子k进行计算,无缺陷区域k值基本在0.8~1.2之间,而缺陷周围的k值都超过了2,根据k值的分布可以得到缺陷的大致位置和尺寸。并搭建了多探针检测试验平台进行试验,结果表明,缺陷附近的电势差显著高于其他区域,与有限元结果相符。缺陷区域电势差明显高于其他区域,无缺陷区域k值在0.75~1.2之间,缺陷区域k值基本大于1.5。通过k值分布对缺陷位置和尺寸进行分析,与实际尺寸相差在3~5 mm左右。

直流电位法检测高温合金的疲劳裂纹扩展性能

介绍了在高温下使用直流电位法测定疲劳裂纹长度的基本原理、试验方法及所需配置的仪器,并对有关影响因素进行了分析;并利用Johnson的分析型关系式,研究了一种适用于自动测定材料高温疲劳裂纹长度的直流电位法,该方法已成功应用于高温合金疲劳裂纹扩展试验,其测得的疲劳裂纹扩展速率da/dN-ΔK数据与长焦聚显微镜法测得的数据完全一致。

高温水中氯离子对316L不锈钢应力腐蚀裂纹扩展速率的影响

本文采用直流电压降(DCPD)方法,使用恒K(K=27.5 MPa·m1/2)加载方式,在核电厂高温高压水环境中研究了氯离子对316L不锈钢的应力腐蚀裂纹扩展速率的影响。实验结果表明:在高温除氧水中,氯离子会加快316L不锈钢的应力腐蚀裂纹扩展速率,且当水中存在溶解氧时,氯离子对应力腐蚀裂纹扩展速率的影响更明显。

基于直流电压降法的三点弯曲试样疲劳裂纹扩展速率测量方法

通过有限元分析得到了三点弯曲试样的裂纹长度与电压降及裂纹尖端应力强度因子的关系式,开发了可以在应力强度因子恒定、可控升高和降低的条件下进行疲劳试验的软件,通过编写测试程序的方式连续进行不同载荷、载荷比、频率条件下的疲劳试验,在线测量裂纹扩展速率,且根据裂纹长度扩展情况自动改变测试条件.通过对2种镍铝青铜合金材料疲劳裂纹扩展速率测量,对该方法进行了验证,得到了裂纹扩展速率与应力强度因子关系曲线,并利用Priddle公式和ParisErdogan公式拟合得到了裂纹扩展应力强度因子门槛值等疲劳特征参数.

直流电位降法裂纹监测试验中接线点位置分析

利用有限元法研究了紧凑拉伸试样电位场分布随裂纹的变化,从灵敏度、信号幅度和测点位置误差三方面对直流电位降法应用中接线点位置的选择进行分析。结果表明,电位差测点选在试样缺口嘴部时可获得最大灵敏度;当电流输入点与电位差测点重合时信号幅度最大,但这种情况下测点位置误差会引起较大的测量误差。

基于直流电位降法的裂纹监测仪器系统设计

在模拟核电高温环境的高压釜中实时监测裂纹扩展速率的手段相对较少,设计了一种基于直流电位降(DCPD)法的裂纹监测系统,旨在实时、准确、平稳地监测裂纹生长情况。以STM32系列为主控制器,结合微弱信号放大与抗干扰技术,将裂纹增长的模拟信号转换为电压信号并在Lab Windows/CVI软件界面上显示。该系统已应用于裂纹监测仪器,并在高压釜环境中进行了裂纹监测实验,结果表明所设计的实时监测系统具有较高的精度和可靠性。

用直流电压降法研究316LN不锈钢的疲劳裂纹扩展行为

采用直流电压降（DCPD）方法测试了316LN不锈钢在室温和350℃的疲劳裂纹扩展速率,得到室温和350℃下该材料疲劳裂纹扩展门槛值ΔKth,并分析了试样断口形貌。结果表明：采用DCPD方法测得室温和350℃下ΔKth分别为11.9,8.1MPa·m^1/2,与文献值相符,350℃下的疲劳裂纹扩展速率比室温下的要高2～20倍;在裂纹亚临界扩展区,疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子范围服从Paris公式,其参数n与温度无关,参数D与温度成线性正比关系;试样疲劳破坏形式为穿晶断裂。

基于多频交流场指纹法的金属管道腐蚀监测研究

在油气管道腐蚀检测领域,场指纹法(field signature method,FSM)管道腐蚀在线监测技术是一种运用较为普遍的技术。然而传统的场指纹技术还存在诸多不足,例如极易受到系统漂移的干扰而导致监测结果出现较大偏差;需要数十安培的激励电流,电源模块易损坏,只能测量相对壁厚减薄,参考板与被测管道之间的温度差会引入很大的测量误差等。作者在有限元仿真的基础上,提出了一种多频交流场指纹技术(multi-frequency alternative current field signature method,MACFSM)。在仿真计算中,依次向被测金属管道注入频率从高到低的交流激励电流,根据趋肤效应,趋肤深度随着频率的降低而增大,使得测量电极间的电压逐渐减小,当趋肤深度增大到管壁壁厚之后,随着频率的进一步降低,测量电极间的电压将保持稳定。将测量得到的电压序列进行求导,得到了导数极值,利用导数极值即可求解出缺陷的深度。最后利用实验对仿真进行了验证,向缺陷深度为3.5 mm的被测金属管道注入了0.1 A的多频激励电流,准确地利用导数极值求解出了缺陷深度。仿真和实验表明,MACFSM将不再需要参考电压,也不需要原始电压,更不需要对原始壁厚进行精确测量,而且可以有效克服系统漂移的影响,降低激励电流幅值,提高了作为长期在线监测技术的可靠性。

热处理对铸态镍铝青铜疲劳裂纹扩展速率的影响

对铸态镍铝青铜(NAB)进行了920℃正火和675℃退火热处理,研究了不同状态NAB的显微组织和拉伸性能;采用直流电压降(DCPD)法测试了其疲劳裂纹扩展速率,观察了裂纹扩展路径及疲劳断口形貌。结果表明:退火态与铸态试样的显微组织均由基体α相、残余β相以及三种Ni-Fe-Al金属间化合物相(κⅡ,κⅢ,κⅣ)组成,而正火态试样组织则由较多的残余β相以及均匀分布的κⅣ相组成,其强度更高但塑性明显降低;铸态试样的疲劳裂纹扩展速率最快,正火态试样的最慢;铸态和退火态试样中的疲劳裂纹在κ相相界处扩展,断裂方式主要为脆性解理断裂,而正火态试样的疲劳裂纹主要穿过α相扩展,断口出现了疲劳辉纹,且其疲劳裂纹扩展路径最为曲折。

弧形双悬臂梁试样裂纹扩展电测接线点布局研究

直流电位降法是应用于高温高压水环境下裂纹扩展监测试验的主要方法,弧形双悬臂梁试样是一种应力腐蚀裂纹扩展试验的常用试样。为了寻求被测试样的最优接线点布局方案以提高测试精度和稳定性,论文利用有限元软件建立了弧形双悬臂梁试样三维有限元模型,模拟了多组可选的接线点布局方案,求解得到了试样三维电位场分布及其随裂纹变化的规律,并根据计算结果从信号灵敏度、信号幅度和测点位置误差敏感度3方面对试样电流加载点位置和电位差测量点位置的优化选取进行了分析。研究结果表明,不同位置电位差测点下的灵敏度相对大小关系与电流输入位置无关,电位差测点选在试样缺口侧时可获得较高的信号灵敏度;电位差测点与电流加载点的距离是信号幅度大小和测点位置敏感度的主要影响因素,较大的距离会导致信号幅度降低,而较小的距离会导致很高的测点位置误差敏感度。提出的寻优依据和分析方法也可应用于其他类型试样,为进一步研究其他测试精度的影响因素奠定了基础。

交流示波极谱基础研究V实验线路的改进

本文提出了两种不同类型的交流示波极谱实验线路,用运算放大器组装了i·r降补偿及微分线路,采用三电极系统。比J.Heyrovsky设计的原始线路优越。

裂纹扩展试验中Johnson公式适用性研究

为了探讨实际应用中Johnson公式的描述电位差和裂纹长度关系适用性,利用有限元软件研究了有限长中心裂纹试样和紧凑拉伸试样电位场分布随裂纹扩展的变化规律,定量分析了Johnson公式应用时的误差影响因素。结果表明,试样长宽比和电流加载点位置是影响Johnson公式适用性的主要因素。对于紧凑拉伸试样,直接应用Johnson公式误差较大,但利用有限元分析结果修正之后可以得到较好的精度。

煤系含水层地下水流速与流向测定方法研究

地下水流速从传统计算方法是从二阶不稳定渗流方程出发,求出地下水头分布,然后按照达西定律用差分法或有限元法求出渗流速度,相对误差为20%～30%。在介绍自然电位法和孔间示踪法现场测定地下水流速和流向测量原理的基础上,用实例说明了埋深800m以下煤系含水层地下水流速和流向的测定和计算方法。结果表明,运用自然电位法和孔间示踪法所测的流速的误差为6.97%,与传统方法有很大提高,其结果可为煤矿建井提供比较准确的水文地质参数。

高温合金的高温疲劳裂纹扩展门槛值试验

疲劳裂纹扩展门槛值反映材料抗裂纹扩展的能力,是重要的材料性能指标。室温疲劳试验已经成为标准试验方法,但是该方法能否拓展到高温下,并应用于高温合金,尚无试验数据。根据目前的测试技术,试验温度在600℃以下可以使用目测法进行裂纹扩展试验,而在600℃以上,由于试样表面氧化,目测无法观察,所以使用自动测量方法——直流电位法。但由于裂纹扩展门槛值试验时间很长(上百小时),试验难度非常大。该文介绍了粉末高温合金、变形高温合金以及定向凝固高温合金3种高温合金最高到850℃的疲劳裂纹扩展门槛值试验,使用目测法和直流电位法两种方法进行裂纹长度测量。结果表明:直流电位法可以用于高温疲劳裂纹扩展门槛值试验,但试验数据还存在一定的分散性,尚需进一步研究提高裂纹长度测量精度。

场路耦合的直流牵引供电系统杂散电流扩散模型

场路分离的杂散电流计算中,电阻网络模型的钢轨对地过渡电阻参数受地电位分布计算中的道床和土壤电阻率的影响,难以准确反映杂散电流扩散分布。提出了场路耦合的仿真模型,通过对直流地铁回流系统中的空间及导体结构进行区域等效,以直接边界元法建立杂散电流扩散场模型,获得表征杂散电流扩散分布的散流系数矩阵与散流互阻矩阵并进行存储;将直流牵引供电系统等效为多时变电源集中电路,利用散流互阻矩阵对牵引供电系统等效电路进行修正,建立以列车运行图为驱动的杂散电流动态仿真模型。仿真结果与CDEGS软件对比,钢轨电位误差在2.04%以内,隧道面上电位误差在1.09%以内,仿真计算速度提升了83.32%。案例分析表明,大部分杂散电流从牵引所间距较大的区间泄漏;该线路钢轨对地过渡电阻大于3.76Ω·km时,其变化对钢轨电位峰值影响较小;当过渡电阻值大于6.94Ω·km时,钢轨泄漏电流密度小于2.5 mA/m。

690合金传热管疲劳裂纹扩展研究

采用销加载拉伸方法和直流电压降法测试技术,测量了室温和高温325℃空气中3种不同工艺的690合金传热管的疲劳裂纹扩展速率.试验采用Paris-Erdogan公式进行拟合分析,证明了结果的真实性和可靠性.高温加速了疲劳裂纹扩展.由疲劳裂纹扩展速率曲线可以预测出3种690管材在高温325℃下的门槛应力强度因子幅值ΔKth,扫描电子显微镜下观察断口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,在穿晶断口上观察到明显的疲劳辉纹和微塑性区.

介质电导率对直流电压降法测试腐蚀疲劳裂纹长度准确性的影响

研究了高含量NaCl水溶液环境对直流电压降(DCPD)法测试腐蚀疲劳裂纹长度准确性的影响。结果表明:在同一裂纹长度下,随着溶液中NaCl含量的增加,DCPD法测得的电压降出现少量下降;不同NaCl含量溶液中拾取的DCPD信号变化均在±0.2%以内;溶质含量增加使得测得的裂纹长度与实际裂纹长度之间的差异增大,但是均在允许误差范围以内;与纯水相比,质量分数为0.5%的NaCl溶液加速了哈氏C-276合金的疲劳裂纹扩展速率约1.5倍,继续提高溶质含量对于促进疲劳裂纹扩展的效果不再显著。

直流电压降法测量核电结构材料在空气中的疲劳裂纹扩展速率

介绍了直流电压降(DCPD)方法测量材料裂纹扩展的原理,并采用DCPD方法测量了反应堆典型结构材料在空气中的疲劳裂纹扩展速率(CGR),分析了载荷、频率和载荷比(R=Kmax/Kmin,K为应力强度因子)对疲劳裂纹扩展速率的影响。实验结果表明,材料的硬度与疲劳裂纹扩展速率有密切关系,即材料硬度越高,裂纹扩展速率越高。

钢带光亮退火连续型生产线自动控制系统

全面阐述了首钢冶金研究所新建的钢带光亮退火连续型生产线的自动控制系统。该系统主要由电力传动、检测仪表和计算机控制3部分组成，具有一定的先进性和较高的性能价格比，是一个低成本自动化（LCA）示例。可供国内新建或改造同类生产线时参考。