疲劳裂纹闭合的非线性超声在线测量

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1、疲劳裂纹闭合的非线性超声在线测量*收稿日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目（51305449）作者简介：贾俊（1985－），男，湖南常德人，博士研究生，E-mail：junjia_1985@163.com；陶利民（通信作者），男，研究员，博士，博士生导师，E-mail：tlm1964@sina.com贾俊1，陶利民2，胡海峰1，胡永攀3，吕伟1（1.国防科学技术大学装备综合保障技术重点实验室，湖南长沙410073；2.钦州学院机械与船舶海洋工程学院，广西钦州535011;3.后勤工程学院国家救灾应急装备工程技术研究中心，重庆沙坪坝401331

2、）摘要：建立了外部载荷作用下用非线性振动-声场调制指数表征裂纹尺寸的数学模型，分析了外载荷与塑性致闭应力共同作用下裂纹面的开闭响应，提出了裂纹张开和闭合应力的在线测量方法。在一块含中心穿透裂纹的铝合金薄板试件上进行了裂纹闭合参数的测量实验，实验结果表明使用振动-声场调制技术在线测量裂纹闭合参数是可行且有效的，且该方法还能用于分析小裂纹的特殊开闭行为。关键词：裂纹闭合；张开应力；振动-声场调制；结构健康监测；非线性超声检测中图分类号：TP277文献标志码：A文章编号：On-linefatiguecrackclosuredeterminationus

3、ingnonlinearultrasoundtestingJIAJun1,TAOLimin2,HUHaifeng1，HUYongpan3，LVWei1(1.ScienceandTechnologyonIntegratedLogisticsSupportLaboratory，NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China；2.CollegeofMechanicalandMarineEngineering,QinzhouUniversity,Qinzhou535011，China；

4、3.NationalEngineeringResearchCenterforDisasterandEmergencyRescueEquipment,LogisticalEngineeringUniversity,Chongqing,401331,China)Abstract:Amathematicalmodelwhichrevealstherelationbetweenthevibro-acousticmodulationindexandthecrackcontactareaisdeveloped.Basingontheanalysisofcra

5、ckfacesresponsetotheresultantofappliedloadandplasticityinducedcrackclosurestress,aprocedureofon-lineapproximatingtheopeningandclosurestressisproposed.Tostudytheperformanceofthismeasuringmethodexperimentally,on-linevibro-acousticmodulationtestswerecarriedoutonacentralcrackedal

6、uminumalloyfatiguesample.Theexperimentalestimationsmatchwellwithotherresearches.Analysisoftheexperimentalresultssuggeststhatthevibro-acousticmodulationtechnologyisnotonlycapableofmeasuringthefatiguecrackopeningandclosurestressesbutalsocapableofanalyzingthecrackclosurebehavior

7、,evenforphysicallyshortcracks.Keywords:crackclosure;openingstress;vibro-acousticmodulation;structuralhealthmonitoring;nonlinearacoustictesting99受损结构在完全卸载之前（即在某一大于零的拉伸载荷下），疲劳裂纹面出现部分接触的现象，称为裂纹闭合。Elber[1]于1971年首次在平面应力试件拉-拉疲劳裂纹扩展试验中观察到裂纹闭合现象。裂纹闭合，改变了人们对疲劳裂纹扩展真正动因的认识，被认为是影响疲劳裂纹扩展特

8、性的关键因素。疲劳裂纹的张开和闭合应力是裂纹闭合理论的重要参数。对其准确地在线测量，是在线预测构件剩余寿命的前提。张开应力和闭合应力近似