z2cnd18.12n鋼疲勞裂紋損傷監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

1、碩士學(xué)位論文Z 2 C N D l 8 ·1 2 N 鋼疲勞裂紋損傷監(jiān)測(cè)技術(shù)研究S t u d y o nF a t i g u e C r a c k D a m a g e M o n i t o r i n gT e c h n i q u e o f Z 2 C N D l 8 ．1 2 N S t e e l學(xué) 號(hào)：——2 1 0 0 5 0 8 1完成日期： 2 Q ! 蘭生5 旦! 旦大連理工大學(xué)D a l i

2、a nU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要Z 2 C N D l 8 ．1 2 N 奧氏體不銹鋼作為核電穩(wěn)壓器波動(dòng)管的主要用鋼，在核電站運(yùn)行期間疲勞損傷十分嚴(yán)重，及時(shí)發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋并監(jiān)測(cè)其擴(kuò)展情況對(duì)預(yù)防災(zāi)難的發(fā)生具有重要意義。然而，受管道厚壁、焊縫處粗晶奧氏體彈性各向異性的限制，常規(guī)無損檢測(cè)方法存在較多局限性，且無法滿足疲勞裂紋損傷實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)等多方面需求，必須

3、探索新型損傷在線監(jiān)測(cè)技術(shù)以滿足核電管道安全運(yùn)行的迫切要求。本研究以核電穩(wěn)壓器波動(dòng)管用奧氏體不銹鋼Z 2 C N D l 8 ．1 2 N 母材及其焊接接頭為研究對(duì)象，利用壓電阻抗( E l e c t r o ．M e c h a n i c a lI m p e d a n c e ，E M I ) 與L a m b 波相結(jié)合的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，研究試樣在低周疲勞加載下裂紋萌生、擴(kuò)展至試樣斷裂過程的裂紋損傷演變情況，探討裂紋長(zhǎng)度、位置

4、與損傷指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以期為核電管道力學(xué)損傷的在線監(jiān)測(cè)提供參考。主要研究?jī)?nèi)容如下：( 1 ) 采用E M I 技術(shù)分別對(duì)長(zhǎng)度1 7 5 m m 、厚度3 m m 的板狀母材、焊接接頭試樣的疲勞過程進(jìn)行了在線監(jiān)測(cè)研究，從電阻抗信號(hào)中提取均方差( r o o tm e a n s q u a r ed e v i a t i o n ，R M S D ) 、峰值頻率偏移量△廠作為損傷識(shí)別指數(shù)，對(duì)疲勞裂紋損傷進(jìn)行定量表征。其中，R M S D

5、 對(duì)疲勞初始損傷的靈敏度高于6 f ；當(dāng)出現(xiàn)亞毫米級(jí)裂紋時(shí)，R M S D 及△廠均出現(xiàn)增大趨勢(shì)；在裂紋擴(kuò)展階段，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，R M S D 及△廠數(shù)值均呈現(xiàn)單調(diào)增加趨勢(shì)，與疲勞裂紋長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系較好；在失穩(wěn)斷裂階段，R M S D 出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折甚至下降的畸變現(xiàn)象，△廠則出現(xiàn)大幅度上升的趨勢(shì)。母材、焊縫斷裂對(duì)應(yīng)的電阻抗譜及損傷識(shí)別指數(shù)演變規(guī)律差異明顯，據(jù)此可對(duì)母材及焊縫處的疲勞裂紋損傷進(jìn)行有效區(qū)分。( 2 ) L a m b 波技術(shù)

6、能夠有效彌補(bǔ)E M I 技術(shù)在疲勞裂紋定位方面的不足。從激勵(lì)信號(hào)波峰數(shù)、激勵(lì)電壓、激勵(lì)方式、中心激勵(lì)頻率等方面對(duì)L a m b 波進(jìn)行了優(yōu)化研究，并利用優(yōu)化的L a m b 波對(duì)母材、焊接接頭試樣的疲勞過程進(jìn)行了在線監(jiān)測(cè)研究。提取裂紋反射波差信號(hào)的頻譜峰值幅度變化量幽與疲勞裂紋長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)吻合較好，即鮒可作為L(zhǎng) a m b 波定量表征裂紋長(zhǎng)度的損傷指數(shù)。對(duì)比鮒與R M S D 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壓電阻抗技術(shù)對(duì)疲勞初始損傷的比較敏感，而L a

7、m b 波技術(shù)則更適合疲勞裂紋擴(kuò)展階段的定量監(jiān)測(cè)。( 3 ) 借助小波變換方法，采用L a m b 波技術(shù)對(duì)疲勞裂紋進(jìn)行了定位研究。其中，對(duì)于距離傳感器6 7 ．5m n l 及7 5 ．5m r l l 處的長(zhǎng)lm m 左右的疲勞裂紋，檢測(cè)誤差分別為．1 ．0 3 ％和．1 ．1 5 ％，表明利用L a m b 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)疲勞裂紋的精確定位。關(guān)鍵詞：Z 2 C N D l 8 ．1 2 N ；疲勞裂紋；壓電阻抗；L a m b 波；