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电磁加载下金属闭合裂纹的声响应特性分析

李福彪  
【摘要】:金属构件从制造到使用过程中,往往会在其内部或者表面产生微小疲劳缺陷。闭合裂纹作为疲劳缺陷的常见形式,由于其裂纹界面的接触特性,使得常规超声检测效果较差。为了更好地对金属闭合裂纹实现有效检测,本课题将电磁加载方法应用于闭合裂纹的超声检测中,以有助于提高闭合裂纹的检出率。首先,研究分析电磁加载下金属板电磁场、力场和位移场的多物理场耦合理论,给出了基于洛伦兹力原理的电磁加载耦合方程;推导了闭合裂纹的二阶非线性波动方程,根据波扰动原理对板状结构的非线性声学调制过程进行了近似求解。其次,对电磁超声和电磁加载过程进行了有限元仿真和实验验证;建立了含有迟滞特性的闭合裂纹界面力模型,构建了电磁加载作用下闭合裂纹对电磁超声产生调制的多物理场耦合模型,仿真分析了电磁加载下金属闭合裂纹的声响应特性。最后,实验验证了电磁加载下金属闭合裂纹对超声传播过程的影响,并研究了电磁加载参数对超声调制效果的影响特性,实现了对金属闭合裂纹的有效检测。


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