基于高分辨率CT成像的疲劳裂纹扩展行为研究

• 作 者: 卢鹏
• 出 处: 南昌航空大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 高分辨率CT 图像配准 渗镓裂纹 单像素厚度裂纹曲面

2A50铝合金由于其塑性好、强度高,因此在航空工业中得到了大量的应用。飞机结构在飞行过程中受弯曲载荷作用易产生疲劳裂纹,对飞机安全飞行带来严重威胁。裂纹信息的确定是裂纹扩展分析的前提,而裂纹扩展具有典型的三维特征,常规无损检测方法无法获取裂纹的三维信息。因此,本文以2A50锻铝材料作为研究对象,提出采用高分辨率CT研究弯曲载荷作用下材料三维裂纹扩展行为和损伤表征。通过2A50锻铝三点弯曲试验得到不同裂纹扩展阶段的疲劳试样,通过扫描电镜分析表面裂纹扩展信息。利用高分辨率显微CT对疲劳试样进行扫描与重建获取不同阶段的裂纹扩展CT演化图像。对不同扩展阶段裂纹CT演化图像进行了图像配准,根据配准图像对不同疲劳扩展阶段二维CT裂纹图像进行了对比分析。利用区域提取法成功提取裂纹特征,并通过三维可视化方法获得裂纹三维形态。利用液态镓渗入到裂纹体内,提高了裂纹图像对比度,得到了增强显示的裂纹CT图像,通过三维可视化获得了液态镓的三维分布。将4个疲劳阶段裂纹图像投影在二维平面上,通过计算平面上裂纹前沿裂纹长度研究二维平面上裂纹扩展特性。提出了一种单像素厚度的裂纹扩展曲面提取算法,可用于提取裂纹体的中曲面,将4个疲劳阶段裂纹投影到该中曲面上获得了单像素厚度裂纹扩展曲面增量图形,根据单像素厚度裂纹扩展曲面分析了裂纹扩展长度和裂纹扩展速率,并计算得到单像素厚度裂纹扩展曲面的表面粗糙度为2.2206个像素点,可用于反映裂纹在厚度方向上扩展的剧烈程度。提出了裂纹扩展危度因子计算模型,计算得到当前危险度因子为0.25,当前裂纹扩展处于危险阶段。结果表明,高分辨率CT技术可用于检测材料中存在的疲劳裂纹,三维可视化得到的裂纹三维信息可用于分析裂纹的三维扩展行为。