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第1章 绪论1

1.1 超声检测技术的应用领域3

1.1.1 缺陷检测3

1.1.2 应力检测5

1.1.3 涂层性能检测8

1.2 超声检测技术的研究现状9

1.2.1 超声检测数值模拟方法9

1.2.2 超声检测信号处理技术12

1.2.3 超声检测仪器的研发14

第2章 激光熔覆再制造毛坯材料缺陷超声检测数值模拟17

2.1 固体介质的波动方程18

2.2 波动方程的有限元解法19

2.2.1 波动方程的变分问题20

2.2.2 波动方程的有限元公式20

2.2.3 波动方程有限元公式的解法及其稳定性22

2.3 网格大小和时间步长的选取24

2.3.1 网格大小24

2.3.2 时间步长24

2.4 边界条件24

2.4.1 基于势函数的应力人工边界条件25

2.4.2 超声检测数值模拟应力人工边界条件26

2.4.3 应力人工边界条件的施加28

2.5 激光熔覆再制造毛坯材料中超声波传播的数值模拟29

2.5.1 碳素钢中超声波传播的数值模拟29

2.5.2 碳素钢中常见缺陷的散射声场分析31

2.5.3 碳素钢中常见缺陷的定性分析41

2.5.4 碳素钢中缺陷的定性分析实验43

2.6 主要结论47

第3章 激光熔覆再制造试样中超声波传播及缺陷超声检测数值模拟49

3.1 Fe314激光熔覆层显微组织分析50

3.2 激光熔覆再制造试样超声检测数学模型51

3.2.1 理论模型51

3.2.2 声场计算模型52

3.2.3 缺陷远场散射模型56

3.2.4 横通孔及裂纹缺陷回波预测及实验验证60

3.3 激光熔覆层中的声场分析63

3.3.1 纵波直探头辐射声场分析63

3.3.2 横波斜探头辐射声场分布68

3.4 激光熔覆再制造试样缺陷超声检测实验71

3.4.1 试样的制备及检测工艺参数的选择71

3.4.2 实验结果分析72

3.5 主要结论73

第4章 超声检测信号处理75

4.1 超声检测信号噪声分析75

4.2 超声检测信号处理方法78

4.2.1 激光熔覆层超声检测信号消噪方法79

4.2.2 激光熔覆再制造零件缺陷超声诊断方法86

4.2.3 超声应力检测声时差分析方法91

4.3 主要结论96

第5章 激光熔覆再制造零件缺陷检测98

5.1 检测设备及方法98

5.2 检测结果分析99

5.2.1 横通孔缺陷检测结果99

5.2.2 裂纹缺陷检测结果101

5.2.3 影响缺陷检测可靠性的主要因素101

5.3 应用实例105

5.3.1 横通孔缺陷定量检测105

5.3.2 激光熔覆再制造齿轮缺陷检测106

5.4 主要结论108

第6章 激光熔覆层应力检测110

6.1 表面超声波声弹理论111

6.2 激光熔覆层声弹系数标定实验112

6.2.1 实验材料及设备112

6.2.2 试样的制备116

6.2.3 实验方法116

6.2.4 激光熔覆层声弹系数标定117

6.3 影响应力检测可靠性的主要因素影响分析120

6.3.1 激光熔覆层微观形貌影响分析121

6.3.2 表面超声波传播时差计算精度影响分析126

6.3.3 加载变形影响分析126

6.4 应用实例128

6.4.1 服役状态下激光熔覆层应力检测128

6.4.2 激光熔覆层残余应力检测129

6.5 主要结论131

附录A 基于ANSYS的超声波传播模拟命令流132

附录B 超声检测信号消噪及缺陷诊断程序137

附录C 超声应力检测相关计算程序143

参考文献146