激光超声波用于弹壳内部制造缺陷的非接触式无损检测

论文摘要

7050铝合金弹壳在制造过程中,受生产工艺的影响,极易产生横向拉伸缺陷。对生产出的弹壳进行无损检测是弹壳出厂前至关重要的一步,具有重要的军事和经济意义。目前已有的弹壳缺陷检测方法较难实现对内部微小缺陷的非接触式检测。激光超声无损技术具有非接触式激发和检测、高空间分辨率、高信噪比等优点,在无损检测领域具有巨大的应用价值。本文从理论和实验两方面研究了弹壳中激光超声的传播特性以及超声波与弹壳内部缺陷的相互作用,实现了对弹壳内部缺陷的非接触式检测及定位。基于经典热传导方程和热弹性理论,建立激光在弹壳中激发超声波、超声波在弹壳中传播的物理模型,并采用有限元方法对物理模型进行数值求解。分析了弹壳轴向和周向上激光激发超声波的传播特性,讨论了弹壳结构对声波特性的影响。进一步讨论了均匀厚板和楔形板中声波的传播特性,验证了弹壳管壁厚度对声波特性的影响。在此基础上建立了激光在弹壳中激发的超声波与缺陷相互作用的物理模型,分别采用脉冲回波法和时间飞行散射法对弹壳内部制造缺陷检测,讨论了缺陷与超声波的相互作用,给出了弹壳内部制造缺陷的识别依据。建立激光在弹壳中激发超声波并对弹壳内部缺陷检测的实验系统,采用扫描激光线源法研究了弹壳不同区域激光激发超声波的传播特性,并对弹壳内壁凸台处的人工缺陷进行检测,得到的结果与理论结果一致。进一步对2mm厚的7050铝合金板中宽度一致、深度变化的缺陷进行检测,给出了当前激光参数条件下,实验上对厚度2mm板中内部缺陷的可检测深度。本论文的研究成果可为采用激光超声技术研究弹壳结构及检测缺陷提供一定的理论基础和实验参考。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 弹壳缺陷检测的研究进展

1.2.2 圆管中超声波的研究进展

1.2.3 厚度非均匀板材中超声波的研究进展

1.2.4 激光超声用于材料缺陷检测的研究进展

1.3 本文主要工作

2 弹壳中激光超声波的激发机制和传播理论

2.1 激光在弹壳中激发超声波的热弹机制

2.1.1 热弹机制下激光辐照弹壳表面的温度场分布

2.1.2 热弹机制下激光辐照弹壳表面激发超声的点源模型

2.1.3 热弹机制下激光辐照弹壳表面激发超声的线源模型

2.2 圆管中的超声导波

2.2.1 圆管中的周向导波

2.2.2 圆管中的纵向导波

2.3 本章小结

3 激光在弹壳中激发的超声波及其检测缺陷的理论研究

3.1 弹壳中超声波的激光激发及传播的理论模型

3.1.1 弹壳中超声波的激光激发及传播的物理模型

3.1.2 热弹耦合的有限元方程及网格和时间步长的选取

3.2 弹壳中超声波的激光激发及传播的理论分析

3.2.1 弹壳内壁凸台区域激光激发的超声波

3.2.2 弹壳底部结构对超声波的影响

3.3 弹壳中激发周向超声波的物理模型及理论分析

3.4 厚度对超声波特性的影响

3.4.1 均匀厚板中声波的传播特性

3.4.2 楔形板中声波的传播特性

3.5 激光超声用于弹壳制造缺陷检测的理论研究

3.5.1 利用脉冲回波法检测缺陷的理论研究

3.5.2 利用时间飞行散射法检测缺陷的理论研究

3.6 本章小结

4 激光在弹壳中激发的超声波及其检测缺陷的实验研究

4.1 实验方法

4.2 弹壳中超声的激光激发及传播的实验分析

4.2.1 弹壳内壁凸台区域激光激发的超声波

4.2.2 弹壳底部结构对激光超声波的影响

4.3 激光超声用于弹壳制造缺陷检测的实验研究

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蒋婷婷

导师: 沈中华,袁玲

关键词: 弹壳,制造缺陷,激光超声,传播特性,热弹机制

来源: 南京理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,武器工业与军事技术,无线电电子学

单位: 南京理工大学

分类号: TN249;TJ410.5

DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.001504

总页数: 61

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