基于声弹性原理钢的焊接应力测量方法的研究-材料工程专业论文.docx

Classified Index: TG404 U.D.C: 621.791 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON MEASURMENT METHOD OF WELDING RESIDUAL STRESS IN STEEL BASED ON ACOUSTOELASTICITY PRINCIPLE Candidate： Chao Yaojie Supervisor： Ass. Prof. Liu Xuesong Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Meterial Processing Engineering Affiliation： School of Materials Science and Engineering Date of Defence： July, 2015 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 摘 要 摘 要 针对目前残余应力的测量方法不能满足无损、操作方便、高效、测量精度 高等实际生产要求，为了满足大型工程结构的服役需求，本文基于声弹性原理， 针对生产中应用广泛的钢材料，对影响钢应力测量的织构效应进行了研究，针 对织构效应提出了改进方案，并通过一系列实验进行了验证，开发出了一种能 够对钢结构的表面应力进行无损、快速、高精度测量的超声测量方法。 为了采用超声波法对钢中的应力测量方法，本文首先基于声弹性原理分析 了非线弹性理论下的声弹性方程，推导出了 LCR 波在各向同性介质和在各向异 性介质中的声弹性方程，为应力的测量奠定了理论基础。 应力的测量需要一套测量系统作为载体，本文主要从硬件和软件两个方面 对系统进行了搭建。根据 LCR 波在钢中的传播特性，测量出了低碳钢的第一临 界折射角，并利用该角度设计出了收发一体式、一发双收式、标定测量一体式 等三种超声换能器；根据功能需求，搭建出了由上位机、系统激励、超声换能 器组成且能够实现数据采集、波形调制、数据同步、数据存储与计算功能的硬 件系统；利用 LabVIEW 程序开发软件，编辑出了能实现协调激励信号的发射、 超声反馈信号的接受、反馈电信号的转化与计算、数据结果的筛选、存储和最 终显示功能的超声测量系统软件。 针对影响钢应力测量的织构效应，通过超声测量结果分析了低碳钢中组织 织构对超声测量结果的影响，根据织构对超声测量造成影响的三个可能原因， 分别采用方向性标定实验、超声换能器的降频实验、设置超声测量软件参数这 三个方面出发进行实验验证，实验结果证明，采用方向性标定、超声换能器降 频、重新设置软件参数这三种方法在降低超声测量过程中的织构效应上是有效 的。 为了验证超声测量系统的测量精度，运用该系统对低碳钢对接平板的焊接 残余应力进行了测量，并采用小孔法和有限元法同超声系统的测量结果进行了 对比，结果表明：超声测量的最大偏差不超过 15%σs，整体平均偏差在 10.06%σs 在一定条件下可以代替应用较广泛的小孔法。 关键词：声弹性原理；低碳钢；残余应力；织构效应；测量精度 I - Ab Abstract Abstract Because the current residual stress measurement methods can not meet the non-destructive, easy operation, high efficiency, high precision measuring actual production requirements to meet the service needs of large engineering structures, stress measurement have been studied for texture effect, which is based on the principle of sound elasticity. This method of can be widely used in the large production of steel, which has the impact of steel texture effect Through a series of experiments carried out to verify. It develops a ultrasound measurement methods, which can be nondestructive, fa