[实用新型]利用非线性瑞利波检测材料早期力学性能退化的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用非线性瑞利波无损检测金属材料早期力学性能退化的装置，属于无损检测领域。

背景技术

机械零部件由于长期承受拉伸、压缩或交变载荷而产生力学性能退化，最终断裂失效是一种非常普遍的现象。金属零部件力学性能退化在微观上主要分为三个阶段：位错的大量产生以及驻留滑移带的形成、滑移带的增多和微裂纹的成核长大、宏观裂纹的产生以及最后的断裂失效。对于设计良好的结构元件来说，第一和第二阶段一般占金属零部件整个疲劳寿命的60％～80％。因此，发展金属材料早期力学性能退化的有效检测和评价手段就显的十分重要。现有的超声无损检测技术利用波的时程、声速和衰减等线性物理参数已经可以检测材料中宏观裂纹的存在和分布。但是，上述线性物理参数对出现宏观裂纹前的材料早期力学性能退化很不敏感。

非线性超声无损检测方法利用声波在金属材料中传播时的非线性效应(即波形畸变、谐波产生等)可以对材料的早期力学性能退化进行检测。目前的研究多是利用纵波非线性来测量材料的超声非线性系数，无法对板结构的力学性能退化进行检测。另外，由于表征材料非线性效应大小的非线性系数β非常小，很容易被检测仪器等带来的非线性所淹没。因此，测量装置的研制和检测方法的研究仍然是非线性超声无损检测技术研究的主要方向之一。针对上述问题，提出一种利用非线性瑞利波检测金属材料早期力学性能退化的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种利用瑞利波检测金属材料力学性能退化的装置，特别是针对金属板结构早期力学性能退化的无损检测装置。

利用非线性瑞利波无损检测金属材料早期力学性能退化的装置，其特征在于，该装置由信号发生器、功率放大器、高能低通滤波器依次连接，高能低通滤波器一路连接衰减器，另一路连接被测试件，在被测试件的两端分别安装发射传感器和接收传感器，衰减器和接收传感器连接示波器，示波器连接计算机。

该装置可以在不破坏被测零部件的情况下，利用将发射传感器直接安装在试件的边缘发射单一频率的瑞利波，将中心频率为发射传感器二倍的接收传感器直接安装在试件的另一边来接收瑞利波信号，对接收到的瑞利波信号进行傅里叶变换后获得材料的超声非线性系数，通过对超声非线性系数的分析来了解材料力学性能退化的情况。

本实用新型基本原理在于：

由于固体介质的非线性，单一频率正弦超声波将与固体介质间产生非线性相互作用，从而产生高次谐波，非线性系数β可以表征材料的非线性效应，定义为：

β=8(A2A12)1k2x---(1)]]>

其中k＝ω/c为波数，ω为角频率，c为波速，A₁和A₂分别为基波和二次谐波幅值，x为波传播的距离。对于给定的频率和样品长度，通过对基波和二次谐波幅值的测量，就可以确定材料的超声非线性系数。金属材料的非线性主要来自于位错、晶带滑移等微观缺陷。不同疲劳损伤程度具有不同的微观缺陷组态，非线性系数的大小也不同，从而借助非线性系数来了解材料的早期力学性能退化情况。

本实用新型主要具有以下优点：(1)采用将发射和接收传感器直接安装在试件的边缘来发射和接收瑞利波可以提高信号的发射和接收效率，减小传感器和被测试件耦合带来的非线性影响。(2)瑞利波具有在光滑曲面传播而不发生反射，能量主要集中在表面而便于采集，传播距离远等优点，所以利用非线性瑞利波检测金属材料的力学性能退化相比与纵波有独特的优势。(3)发射接收均采用压电传感器相比于激光干涉仪等非接触式测量方式对检测环境的要求更低，容易适用于工程实际。(4)实现了对被测试件的连续在线检测。

附图说明

图1检测装置原理图；