z2cnd18.12n鋼疲勞裂紋損傷監(jiān)測技術(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：——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)壓器波動管的主要用鋼，在核電站運行期間疲勞損傷十分嚴(yán)重，及時發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋并監(jiān)測其擴展情況對預(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)無損檢測方法存在較多局限性，且無法滿足疲勞裂紋損傷實時在線監(jiān)測等多方面需求，必須

3、探索新型損傷在線監(jiān)測技術(shù)以滿足核電管道安全運行的迫切要求。本研究以核電穩(wěn)壓器波動管用奧氏體不銹鋼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)測技術(shù)，研究試樣在低周疲勞加載下裂紋萌生、擴展至試樣斷裂過程的裂紋損傷演變情況，探討裂紋長度、位置

4、與損傷指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，以期為核電管道力學(xué)損傷的在線監(jiān)測提供參考。主要研究內(nèi)容如下：( 1 ) 采用E M I 技術(shù)分別對長度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行了在線監(jiān)測研究，從電阻抗信號中提取均方差( 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△廠作為損傷識別指數(shù)，對疲勞裂紋損傷進行定量表征。其中，R M S D

5、 對疲勞初始損傷的靈敏度高于6 f ；當(dāng)出現(xiàn)亞毫米級裂紋時，R M S D 及△廠均出現(xiàn)增大趨勢；在裂紋擴展階段，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，與疲勞裂紋長度對應(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。母材、焊縫斷裂對應(yīng)的電阻抗譜及損傷識別指數(shù)演變規(guī)律差異明顯，據(jù)此可對母材及焊縫處的疲勞裂紋損傷進行有效區(qū)分。( 2 ) L a m b 波技術(shù)

6、能夠有效彌補E M I 技術(shù)在疲勞裂紋定位方面的不足。從激勵信號波峰數(shù)、激勵電壓、激勵方式、中心激勵頻率等方面對L a m b 波進行了優(yōu)化研究，并利用優(yōu)化的L a m b 波對母材、焊接接頭試樣的疲勞過程進行了在線監(jiān)測研究。提取裂紋反射波差信號的頻譜峰值幅度變化量幽與疲勞裂紋長度的變化趨勢吻合較好，即鮒可作為L a m b 波定量表征裂紋長度的損傷指數(shù)。對比鮒與R M S D 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壓電阻抗技術(shù)對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展階段的定量監(jiān)測。( 3 ) 借助小波變換方法，采用L a m b 波技術(shù)對疲勞裂紋進行了定位研究。其中，對于距離傳感器6 7 ．5m n l 及7 5 ．5m r l l 處的長lm m 左右的疲勞裂紋，檢測誤差分別為．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；