Page 43 - 无损检测2021年第十期
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试验研究
DOI : 10.11973 / ws j c202110002
奥氏体不锈钢应力腐蚀微裂纹的
非线性表面波检测
张鑫明, 李 萍, 李 玮, 赵 杰
( 大连理工大学 材料科学与工程学院, 大连 116024 )
摘 要:利用 COMSOL 有限元模拟软件构建非线性表面波检测奥氏体不锈钢应力腐蚀微裂
纹的模型, 采用顺序耦合与直接耦合两种方式, 分别实现应力场与声场的耦合。 COMSOL 软件在
创建非线性表面波检测应力腐蚀微裂纹的模拟领域有很强的可行性与优越性, 很大程度地简化了
建模步骤, 缩短了模拟运算时间。利用最优模型进一步讨论应力的大小以及微裂纹尺寸对非线性
表面波传播特性的影响, 并结合试验进行验证。结果表明: 当微裂纹尺寸固定时, 随着微裂纹边界
处应力的增加, 非线性响应降低; 在恒应力作用下, 非线性系数与微裂纹的深度呈正相关, 与微裂纹
宽度呈负相关; 试验结果与模拟结果具有良好的一致性。
关键词: 非线性超声检测; 应力腐蚀; 微裂纹; COMSOL软件
中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2021 ) 10-0005-07
Nonlinearsurfacewavedetectionofstresscorrosionmicro-cracksinausteniticstainlesssteel
ZHANGXinmin g LIPin g LIWei , ZHAOJie
,
,
( SchoolofMaterialScienceandEn g ineerin g , DalianUniversit y ofTechnolo gy , Dalian116024 , China )
Abstract : COMSOLfiniteelementsoftwarewasusedtoestablishthemodeloftheausteniticstainlesssteel
micro-crackinducedb ystresscorrosionthrou g husin gthenonlinearsurfacewavedetection.Two methodsof
se q uentialcou p lin gand directcou p lin g wereusedtorealizethecou p lin g ofstressfieldandacousticfield
res p ectivel y .COMSOLsoftwarehasstron g feasibilit yandsu p eriorit y inthesimulationfieldofcreatin gnonlinear
surfacewavedetectstresscorrosionmicro-crack , whichg reatl y reducesthedifficult y ofmodelin g andshortensthe
simulationo p erationtime.Thebestp arametercombinationwasusedtoresearchthedetectionofmetalsurface
micro-cracks , andtheinfluenceofstresssize , micro-cracksizeonthep ro p a g ationcharacteristicsofnonlinear
surfacewaveswasdiscussed , andtheex p erimentalverificationwasp erformed.Theresultsshowthat : whenthe
sizeofthemicro-crackisfixed , thenonlinearres p onsedecreaseswiththeincreaseofthestressa pp liedatthe
boundar y ofthemicrocrack ; underconstantstress , thenonlinearcoefficientis p ositivel y relatedtothede p thofthe
microcrack , andisne g ativel y relatedtothewidthofthemicrocrack.Theex p erimentalresultsandthesimulation
resultsarein g ooda g reement.
Ke ywords : nonlinearultrasonictestin g ; stresscorrosion ; micro-crack ; COMSOLsoftware
在石油、 核工业等领域中, 奥氏体不锈钢因具有 蚀的环境中, 材料内部会发生位错、 滑移等微观损
良好的性能而被广泛应用, 但其长期处于应力及腐 伤, 这些微观损伤会逐渐孕育形成微裂纹, 当应力或
腐蚀达到一定程度时, 微裂纹将进一步扩展形成宏
观裂纹, 显著降低设备的力学性能, 严重时还会导致
收稿日期: 2021-02-26
基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51571051 ); 2016NSFC-
金属材料的突发性脆断。通常, 微裂纹孕育阶段占
山西煤基低碳联合基金重点项目( U1610256 )
据结 构 由 正 常 使 用 到 失 效 破 坏 的 总 寿 命 的
作者简介: 张鑫明( 1995- ), 女, 硕士研究生,主要研究方向为
[ 1-2 ] 。因此, 及时检测出结构中的微裂纹等损伤
材料无损检测与评价 90%
显得尤为重要。
通信作者: 李 萍, li p in g 69@dlut.edu.cn
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2021年 第43卷 第10期
无损检测
