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金属材料拉伸变形下的超声非线性特性研究

弓飞  
【摘要】: 由于固体材料本身存在一定的非线性特性,超声波在传播过程中会产生二次及高次谐波,即产生超声非线性现象,可用非线性系数(NLP)来表征。拉伸、疲劳、蠕变等典型加载会导致NLP发生变化。通过测量NLP可以得到这些加载下材料的损伤累积,探测材料的力学性能退化。 本文从试验和理论两方面研究了金属材料在拉伸加载作用下的超声非线性特性。试验方面,本文测量了AZ31镁合金和T3铜两种材料的NLP随拉伸载荷的变化规律,得到了AZ31镁合金的在线和离线NLP-应力曲线以及T3铜的在线NLP-应变曲线。试验结果表明:AZ31镁合金的在线NLP-应力曲线和离线NLP-应力曲线基本一致,NLP的变化在弹性阶段都不明显,而在强化阶段均有明显增加;唯一的差别是在弹性阶段,当试件的受力接近于屈服极限时,在线测试的NLP随应力略有增加,而离线测试的NLP没有明显变化。在线测试时,T3铜的NLP在弹性阶段随应变没有明显变化,在强化阶段略有增加,在局部变形阶段变化非常明显。 理论方面,本文利用基于有限变形几何关系和非线性本构关系的弹塑性理论模型,对超声非线性特性进行了定量分析,计算得到了NLP-应力曲线和NLP-应变曲线。理论分析表明:在线NLP在弹性阶段随应力变化较小,在强化阶段有明显的增加;离线NLP在弹性阶段随应力几乎没有变化,在强化阶段有明显的增加。 试验和理论结果的比较表明:理论结果与离线测试结果符合较好,而与在线测试结果存在较大的差别。


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