学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

CCASS焊缝建模及超声检测数值模拟研究

作　者: 赵岁花
导　师: 李喜孟；林莉
学　校: 大连理工大学
专　业: 材料无损检测与评价
关键词: 离心铸造奥氏体不锈钢焊缝超声检测数值模拟物理模型
分类号: TG441.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 80次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

压水堆(PWR,pressurized water reactor)核电站—回路冷却剂主管道为离心铸造奥氏体不锈钢(CCASS,Centrifugal Casting Austenitic Stainless Steel)管道,各管道之间采用焊接方式进行连接。超声检测是一种常用的焊缝无损检测方法,由于CCASS焊缝具有粗大的柱状晶组织以及显著的非均匀性和弹性各向异性,使其超声检测比较困难,因此,研究适用于CCASS焊缝的超声检测方法显得尤为重要。计算机数值模拟和仿真技术作为连接实验技术与理论分析的桥梁,对CCASS焊缝超声检测研究具有重要的意义。在对CCASS焊缝超声检测进行模拟与仿真时,必须首先建立准确焊缝物理模型。本文根据CCASS焊缝的宏观结构,建立了二维CCASS焊缝模型,并采用二维有限差分正演模拟方法进行了模拟计算,具体工作如下：(1)根据CCASS焊缝的晶粒取向分布特征,将焊缝中晶粒取向相近的区域近似看作是晶粒方向一致的均匀区域,整个焊缝被近似看作是多个均匀区域的集合；并采用正交各向异性弹性常数坐标转换法则,计算了焊缝各区域的弹性常数,建立了二维CCASS焊缝模型；在该模型的基础上对模型进行了优化。本研究建立的CCASS焊缝模型能够对焊缝组织结构的非均匀性和弹性各向异性进行描述,对焊缝内部不同区域的超声散射衰减以及声波传播路径的模拟与实际情况符合较好,但对于每个区域内粗大晶粒所造成的散射情况的描述与实验检测结果存在一定差距,表明该模型仍需改进。(2)CCASS焊缝中的声学参量与声波传播方向关系密切,随着声波传播方向与晶轴夹角的变大,纵波声速CL先增大后减小,在45°附近具有最大值；横波声速CT先减小后增大,在45°附近具有最小值；纵波衰减系数α先减小后增大,在45°附近具有最小值,且探头频率越大α越大；(3)对CCASS焊缝超声检测进行模拟计算时,沿焊缝中不同传播路径,声波传播的动态曲线有很大的不同,声波在传播路径上的能量分布也有很大差异；CCASS焊缝超声检测一般选择1～5 MHz频率的探头,模拟计算结果显示,在该频率范围内,频率越小,声波衰减系数越小,声波回波幅值越大；选择10～20 mm范围晶片直径的探头模拟时,晶片直径越大,焊缝底面回波的幅值越大。对CCASS焊缝的数值模拟与仿真研究有着实验研究所不具备的可视性和方便改变参数等功能,能够为技术人员理解声波传播规律、分析实验数据以及改进实验参数提供必要的指导,有较大的研究价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-26
  1.1 研究目的和意义  9-10
  1.2 奥氏体不锈钢焊缝的超声检测  10-13
    1.2.1 奥氏体不锈钢及其焊接特点  10
    1.2.2 奥氏体不锈钢焊缝超声检测必要性及难点  10-11
    1.2.3 奥氏体不锈钢焊缝的超声检测现状  11-13
  1.3 奥氏体不锈钢焊缝的超声检测数值模拟与仿真研究  13-24
    1.3.1 超声数值模拟与仿真研究的重要性  13-14
    1.3.2 奥氏体不锈钢焊缝超声检测数值模拟与仿真研究现状  14-24
  1.4 本研究的主要工作  24-26
2 CCASS焊缝的组织结构  26-32
  2.1 CCASS焊缝的宏观金相  26-30
  2.2 CCASS焊缝的微观金相  30-31
  2.3 CCASS焊缝组织结构的形成机理  31-32
3 CCASS焊缝模型的建立  32-46
  3.1 CCASS焊缝的建模原理  32
  3.2 焊缝弹性常数测量  32-36
    3.2.1 晶体的弹性常数  32-34
    3.2.2 各向异性弹性常数的测量  34-36
    3.2.3 正交各向异性介质的弹性常数测量  36
  3.3 交各向异性介质弹性常数坐标转换法  36-41
    3.3.1 应力张量T和应变张量S的坐标转换  37-39
    3.3.2 弹性常数的坐标转换  39-40
    3.3.3 焊缝各区域在给定坐标系中的弹性常数计算  40-41
  3.4 CCASS焊缝模型的建立  41-43
  3.5 CCASS焊缝模型的优化  43-46
4 CCASS焊缝超声检测模拟计算原理  46-51
  4.1 固体介质的波动方程  46-47
  4.2 声束在界面处的透射和反射  47-49
  4.3 二维有限差分正演模拟  49-51
5 CCASS焊缝超声检测的模拟计算  51-77
  5.1 CCASS焊缝声学性能的模拟计算  51-60
    5.1.1 声速  51-53
    5.1.2 声波入射到异质平界面的反射和透射  53-59
    5.1.3 声波的衰减  59-60
  5.2 声波在CCASS焊缝中的散射  60-64
  5.3 焊缝缺陷回波信号幅值的模拟计算  64-66
  5.4 焊缝不同位置的声波峰值曲线  66-73
  5.5 探头参数的选择  73-77
    5.5.1 探头频率f  74-76
    5.5.2 探头晶片直径D  76-77
结论  77-78
参考文献  78-82
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  82-83
致谢  83-84

CCASS焊缝建模及超声检测数值模拟研究

内容摘要

全文目录

相似论文