[发明专利]粘接界面早期疲劳损伤的超声无损评价

说明书

技术领域

本发明涉及一种粘接界面早期疲劳损伤的超声无损评价方法，属于超声无损检测技术领域。

背景技术

粘接是利用粘接剂在联接面上产生机械结合力、物理吸附力和化学键合力而使两个粘接件联接起来的工艺方法。粘接不仅适用于同种材料，也适用于异种材料，在众多工业领域有着广泛的应用。如航空工业领域，利用粘接工艺后，由于金属联接件的减少，可使机件重量比铆接或焊接减轻20～25％，强度比铆接提高30～35％，疲劳强度比铆接提高10倍。因而现代飞机的机身、机翼、舵面等都大量采用粘接的金属板结构和蜂窝夹层结构，有的大型运输机粘接结构达3200m², 有的轰炸机粘接面积占全机表面积的85％。正是由于粘接技术如此广泛的应用，对粘接结构中粘接面力学性能的评估就显得尤为重要。早期的超声无损检测技术主要用来检测粘接面中的孔洞、裂缝以及脱胶等宏观缺陷，但对于粘接面的粘接强度、粘接力、性能退化情况以及粘接面的寿命预测等问题进行直接的、定量的评估和检测就无能为力了。

超声无损检测技术作为现代工业产品制造和使用过程中不可缺的检测手段之一，在各个方面都有着广泛的应用。目前比较成熟的超声无损检测技术主要针对材料或结构的缺陷起始和积累阶段以及最终失效阶段，如探测材料中的微孔、微裂纹等缺陷的存在和分布。其中主要应用到波的时程、声速、衰减、阻抗、散射等信息。但是，这些参数对材料和结构早期力学性能的退化很不敏感。

近年来，非线性超声技术引起了人们的广泛重视。越来越多的研究表明，材料性能退化与超声波的非线性效应密切相关。由于材料性能的退化，将使其中传播的超声波波形产生畸变，导致单一频率的超声波中会有高频谐波的产生，即单一频率的超声波在具有非线性特性的介质或结构中传播时将产生二倍、三倍等整数倍频率的高阶谐波。因此通过对这些高频谐波的测量研究，找到其处于不同阶段的声学非线性系数，就可以对材料和结构的早期力学性能退化和损伤做出有效的无损检测。为此，本发明通过测量超声波的非线性信息对粘接界面的早期疲劳损伤进行无损评价。

发明内容

本发明要解决的技术问题：

提出一种粘接界面早期疲劳损伤的超声无损评价方法，给出评价粘接结构在疲劳载荷作用下粘接界面早期损伤的超声无损评价具体操作步骤。

本发明的技术方案：

一种粘接界面早期疲劳损伤的超声无损评价方法，它包含以下步骤：

步骤一  粘接界面初始非线性系数的测定

选取一个粘接结构试件（6），在试件的一侧利用特定信号使超声换能器（5）激发超声波信号，在试件的另一侧利用超声换能器（7）接收透过粘接界面的超声波信号；对接收到的超声波信号进行傅里叶变换，得到计算机（3）记录的超声波信号中的基频幅值A₁和倍频幅值A₂；

定义非线性系数：β= A₂/A₁²；

计算得到粘接界面的初始非线性系数，记为β₀；

步骤二  粘接界面的疲劳加载

利用试验机将粘接结构（6）拉伸加载到一定的拉力后，再进行卸载。完成卸载后，再次对该粘接结构加载到同一拉力值，然后卸载。如此反复一定次数后，记录疲劳加载次数。将粘接结构从实验机中卸下，进行后续非线性系数的测定；

步骤三  粘接界面非线性系数的测定

在粘接结构（6）的一侧利用超声换能器（5）激发超声波信号，在粘接结构的另一侧利用超声换能器（7）接收透过粘接结构的超声波信号；对接收到的超声波信号进行傅里叶变换，得到计算机（3）记录的超声波信号中的基频幅值A₁和倍频幅值A₂；根据步骤一中非线性系数的定义，计算得到相应的非线性系数β；将该非线性系数β除以步骤一中的初始非线性系数β₀进行正则化，得到正则化非线性系数值；

步骤四  正则化非线性系数与相对疲劳寿命关系的获得

重复步骤二至步骤三的操作，直到粘接结构破坏，并记录最终疲劳加载次数、测定最终正则化非线性系数。将每次重复步骤二时的疲劳加载次数除以最终疲劳加载次数，得到每次重复步骤二后的相对疲劳寿命。根据每次重复步骤三得到的正则化非线性系数和重复步骤二得到的相对疲劳寿命，得到一个试件的正则化非线性系数与相对疲劳寿命的关系；

步骤五  拟合曲线的获得