[发明专利]一种用于金属薄板中应力分布测量的非线性Lamb波混频方法

说明书

一种用于金属薄板中应力分布测量的非线性Lamb波混频方法。本发明公开了一种基于非线性Lamb波混频技术的应力分布检测方法，该方法适用于板结构中应力分布检测及应力集中区域的定位，属于无损检测领域。本发明步骤：该方法首先根据被测对象和非线性Lamb波混频谐振条件，确定两基频波的激励频率；在试件左右两端对向激励两列A0模态波，在激励信号之间某一位置处接收和频S0信号，进行板结构非线性混频应力检测；通过改变激励信号激励时延，对试件不同位置进行混频扫查，提取混频波幅值；最后，根据和频差信号幅值随混频位置的变化规律，可实现对金属板应力分布的检测以及应力集中区域的定位。

技术领域

本发明涉及一种板结构应力分布非线性Lamb波混频检测方法，该方法适用于板结构中应力分布检测及应力集中区域的定位，属于无损检测领域。

背景技术

作为一种常见的结构形式，金属板结构因具有良好成形性与可焊性，而广泛应用于各类重大基础设施中，如船舶的壳体、飞机机身和舱门、大型石油储罐外壳等。使用过程中在静力和循环载荷、内部介质和外部工作环境共同作用下，金属构件在突变部位、受刚性约束的部位易产生应力集中，并演变成疲劳裂纹或者断裂，导致结构构件的失效，从而引起灾难性事故的发生。因此，为了消除安全隐患，迫切需要一种有效手段实现金属板结构的应力检测。

应力检测方法按照其对被测构件损伤分为有损应力检测法(如钻孔法或盲孔法)和无损检测方法。钻孔法是在试件表面安装应变计，通过测量在应变计附近钻孔时所释放的应变，而后将应变换算成应力的一种半无损检测方法，该方法对钻孔工艺和工具有严格要求，现场测试中干扰因素较多。无损检测方法有X射线衍射法、磁性测定法和超声波法等。X射线的检测深度极浅，仅为10～35μm，对人体有一定辐射伤害，主要用于表面镀层、薄膜等的应力检测中。磁性测定法包括磁巴克豪森效应法、磁声发射法、磁滞法等，是利用铁磁性材料在磁化过程中磁畴会产生旋转和位移，一旦有荷载作用时，磁化过程中磁畴的旋转和位移会产生额外的附加阻力，此时磁化曲线在有载作用下发生改变。其测量应力受磁化条件限制很难在现场检测，测量稳定性比较差，数据离散性大，且仅能用于铁磁材料的检测。

超声检测方法是目前较有发展潜力的应力检测方法。超声检测技术分为传统线性超声检测技术和非线性超声检测技术两大类。传统线性超声是利用超声波在被检测试件中的传播特性，荷载作用改变了声波折射，进而导致检测设备所接收到的超声波声速和频谱发生变化，通过这些变化反算出应力的大小。Song等[Song W,Pan Q,Chunguang X U,etal.Benchmark of Residual Stress for Ultrasonic Nondestructive Testing[C]//Nondestructive Evaluation/testing:New TechnologyApplication.0.]对声弹性理论检测残余应力进行了理论与试验研究。徐春广等[徐春广,宋文涛,潘勤学,李骁,靳鑫,刘海洋.残余应力的超声检测方法[J].无损检测,2014,36(07):25-31.]建立并利用超声应力检测与校准系统对钢、铝合金等试样进行残余应力检测，对比研究超声应力检测系统和X射线应力分析仪检测到的应力检测值并不相同，但是应力趋势基本相同。然而超声线性检测只能用来测量较大的应力，用于检测已发展成形的缺陷，无法实现对于材料早期微观损伤的有效检测。

非线性超声检测是利用声波传播时与材料微观结构相互作用而产生的非线性响应进行材料性能的表征和微小缺陷的检测，从本质上反映了微观性能变化对材料非线性的影响，因此，可用于金属板结构应力分布的检测。现有的非线性超声无损检测方法主谐波法和混频法是应用较为广泛的非线性超声检测技术。