基于EBSD技术构建弹性各向异性粗晶材料超声仿真模型的研究*

doi:10.3901/JME.2016.18.024

机械工程学报 ›› 2016, Vol. 52 ›› Issue (18): 24-30.doi: 10.3901/JME.2016.18.024

基于EBSD技术构建弹性各向异性粗晶材料超声仿真模型的研究^*

陈尧¹, 罗忠兵¹, 张东辉², 周全¹, 刘丽丽², 杨会敏³, 林莉¹

1. 大连理工大学无损检测研究所大连 116085；
2. 中国核工业二三建设有限公司北京 101601；
3. 核工业工程研究设计有限公司北京 101601

出版日期:2016-09-20 发布日期:2016-09-20
作者简介:
作者简介：陈尧，男，1984年出生，博士研究生。主要研究方向为金属材料超声无损检测与表征。
E-mail：chenyao1984@foxmail.com
林莉(通信作者)，女，1970年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为材料超声无损检测与评价。
E-mail：linli@dlut.edu.cn
基金资助:
* 十二五国防技术基础科研(Z022014T001)、北京市科委“重大科技成果转化落地培育”专项(Z141100003514007)和中央高校基本科研业务费专项资金(DUT14RC(3)135)资助项目; 20150910收到初稿，20160127收到修改稿;

Research on Modeling of Ultrasonic Propagation in Anisotropic Coarse-grained Materials Based on EBSD Technique

CHEN Yao¹, LUO Zhongbing¹, ZHANG Donghui², ZHOU Quan¹, LIU Lili², YANG Huimin³, LIN Li¹

1. NDT & E Laboratory， Dalian University of Technology， Dalian 116085;
2. China Nuclear Industry 23 Construction Co.， Ltd.， Beijing 101601;
3. Nuclear Industry Research and Engineering Co.， Ltd.， Beijing 101601

Online:2016-09-20 Published:2016-09-20

摘要/Abstract

摘要：

针对弹性各向异性粗晶材料晶粒结构和取向定量描述困难，导致超声检测仿真结果与试验符合程度较差的问题，提出基于电子背散射衍射(Electron back-scatter diffraction，EBSD)技术确定晶粒形态及晶体取向的建模思路。利用EBSD技术实测得到了尺寸为96 mm×12 mm的离心铸造奥氏体不锈钢(Centrifugally cast austenitic stainless steel，CCASS)轴-径向截面的晶体取向图谱，选择15°取向相(差)角定义EBSD图谱的晶粒结构，并对晶体取向进行归一化处理。在此基础上借助Bond变换法赋以晶粒在对应晶体取向下的刚度矩阵，对模型中晶粒的弹性特征进行量化表征，建立CCASS超声检测模型。采用时域有限差分法进行数值计算，结果表明：利用该方法能够较好地重现CCASS超声检测特有的结构噪声和主频降低等现象，为揭示超声波在弹性各向异性粗晶结构中的散射机理提供了解决思路。

关键词: 超声检测, 粗晶, 弹性各向异性, 仿真, 电子背散射衍射

Abstract:

：Due o the difficulty of the accurate description of the grain structure and orientation, discrepancy occurs between the ultrasonic inspection simulation and experimental results for anisotropic coarse-grained materials. A modeling method based onelectron backscattered diffraction (EBSD) technique is proposed to quantitative describe the grain structure and orientation. A 96 mm×12 mm crystal orientation map for the radial-axial cross section of a centrifugally cast austenitic stainless steel (CCASS) specimen is acquired using the EBSD technique. A 15° misorientation angle is selected for the grain “orientation unification”. The bond transformation is used to determine the stiffness matrix of the grains with different orientations in the model, thus realizing quantitative description of the complex elastic characteristics. A CCASS ultrasonic inspection model is built and numerically calculated by finite difference time domain method. The simulation results of CCASS ultrasonic testing reproduced typical structural noise and decrease of central frequency quite well. The modeling method provides effective solution to reveal the mechanism of ultrasonic scattering in the anisotropic coarse-grained structure.

Key words: anisotropic, coarse-grained, simulation, ultrasonic inspection, electron backscattered diffraction

陈尧, 罗忠兵, 张东辉, 周全, 刘丽丽, 杨会敏, 林莉. 基于EBSD技术构建弹性各向异性粗晶材料超声仿真模型的研究^*[J]. 机械工程学报, 2016, 52(18): 24-30.

CHEN Yao, LUO Zhongbing, ZHANG Donghui, ZHOU Quan, LIU Lili, YANG Huimin, LIN Li. Research on Modeling of Ultrasonic Propagation in Anisotropic Coarse-grained Materials Based on EBSD Technique[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(18): 24-30.

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基于EBSD技术构建弹性各向异性粗晶材料超声仿真模型的研究^*

Research on Modeling of Ultrasonic Propagation in Anisotropic Coarse-grained Materials Based on EBSD Technique

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