[发明专利]一种基于非线性超声波的大型高速回转装备叶片残余应力测量方法

说明书

本发明是一种基于非线性超声波的大型高速回转装备叶片残余应力测量方法。包括采用水刀切割的金属进行零应力的标定；采用相同材料与组分的金属施加已知的力，计算得出零应力的大小；在施加力的过程中，对采集的信号做傅里叶变换，测量采集到的信号的频率组分与相位部分；建立起频率相位与应力的模型；测得频率，幅值，和相位；带入建立的模型，求得应力；多次测量，求取平均值。本发明不同于传统的残余应力检测技术。通过对谐波的分析来测量残余应力的大小。大大降低了超声检测系统的高速数据采集的需求。可以测量更小范围的残余应力。

技术领域

本发明涉及残余应力检测技术领域，是一种基于非线性超声波的大型高速回转装备叶片残余应力测量方法。

背景技术

航空发动机现在制造技术不仅仅限于外形的制造，同时也注重整个零件的力学性能。而材料的力学性能受材料内部的残余应力的影响。残余应力容易导致裂纹的产生。所以航空发动机的残余应力的检测至关重要。现有的残余应力检测通过建立声速与残余应力的模型，通过测量声速的变化来测得残余应力的变化。但是由于残余应力引起的超声波声速的变化很小，在实践过程中难以测量。同时声速也受温度等外部因素的影响。虽然通过种种手段现在已近能够用超声波测量残余应力，但是整个测量任然存在一定的局限性。本发明通过对非线性超声学的研究，建立起一套基于非线性超声波的可以测量残余应力的方法。本方法主要通过频谱的分析来建立起残余应力的检测模型。

发明内容

本发明为实现测量大型高速回转装备叶片残余应力，本发明提供了一种基于非线性超声波的大型高速回转装备叶片残余应力测量方法，本发明提供了以下技术方案：

一种基于非线性超声波的大型高速回转装备叶片残余应力测量方法基于非线性超声波的残余应力检测装置，所述装置包括待测工件、发射探头、接收探头、超声采集卡和电脑，所述发射探头和接收探头的一端连接待测工件，所述发射探头和接收探头的另一端连接超声采集卡，超声采集卡连接电脑。一种基于非线性超声波的大型高速回转装备叶片残余应力测量方法包括以下步骤：

步骤1：采用水刀切割的金属进行零应力的标定；

步骤2：采用相同材料与组分的金属施加已知的力，计算得出零应力的大小，通过下式计算零应力：

其中，σ为零应力，F为已知的应力，S为材料的横截面积；

步骤3：在施加力的过程中，对采集的信号做离散傅里叶变换，测量采集到的信号的频率组分与相位部分；

通过下式进行离散傅里叶变换：

其中，X(k)为离散傅里叶变换后的数据，x(n)为采样的模拟信号，N为信号阶数；

步骤4：建立起频率相位与应力的模型，通过下式表示所述模型：

σ_n＝kf(3)

其中，σ_n为第n个应力，k为应力常数，f为高频分量；

步骤5：重复步骤3，测得频率，幅值，和相位；

步骤6：带入步骤4所建立的模型，求得残余应力；

通过下式计算残余应力：

其中，ρ₀为材料的密度，V为超声在弹性体中的传播速度，σ为材料所受的应力，k₀为材料的常数，λ和μ为二阶声弹性常数，l、m和n为三阶声弹性常数；

步骤7：多次测量，求取平均值；

通过下式计算材料的常数：