机械工程学报

作者：王超, 杨冰, 朱涛, 阳光武, 肖守讷

单位：西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室 成都 610031

关键词：超声相控阵,全聚焦成像,裂纹扩展演化,BS7910标准,应力强度因子；

基金：国家自然科学基金(52375159); 四川省自然科学基金创新研究群体(2025NSFTD0014); 轨道交通运载系统全国重点实验室自主课题(2024PVL-T03)资助项目。

面向服役焊接结构完整性评估的需求，焊接接头表面疲劳裂纹演化的状态对其疲劳寿命的评估至为重要。当前尚未建立有效监测焊接结构表面裂纹扩展的方法，难以表征裂纹形态演化对其疲劳寿命的影响。创新性地提出一种基于超声相控阵全聚焦成像技术的焊接结构表面三维疲劳裂纹扩展状态监测方法。采用该成像技术对8 mm厚铝合金足尺寸对接接头进行疲劳试验，通过实时成像获取焊趾部位表面疲劳裂纹的形态演化过程。将裂纹扩展的成像结果与断口形貌特征进行对比分析，验证所提出状态监测方法的有效性。通过将裂纹深度a与长度c的监测数据拟合为分段函数引入到以a/c和a/t为参数的BS7910解析函数中，对裂纹前缘的应力强度因子进行了优化计算。研究结果表明，基于超声相控阵全聚焦成像的状态监测方法能够有效捕捉焊趾处疲劳裂纹深度a与长度c的动态演化过程，完整揭示贯穿厚度失效模式下表面裂纹形态的演化规律。此外，动态裂纹形态特征解析函数的引入，显著提升了焊接结构疲劳裂纹扩展寿命评估的准确性。该方法为焊接结构疲劳裂纹扩展的状态监测与寿命预测提供了一种全新的思路，具有重要的理论意义与工程应用价值。

来源：2025年第22期

《机械工程学报》期刊编辑部

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