[发明专利]用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动系统及方法

权利要求书

1.一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动方法，其使用一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动系统进行实施，所述的系统包括上位机系统、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪；上位机系统控制信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；圆台形式的连杆的最大截面面积小于工作台的截面面积，且圆台形式的连杆的最大截面面积小于支撑台的截面面积；圆台形式的连杆的长度大于工作台的厚度，且圆台形式的连杆的长度大于支撑台的厚度；圆台形式的连杆的小端与工作台连接，且圆台形式的连杆的大端与支撑台连接；小尺寸构件安装在工作台的上表面，工作台与小尺寸构件之间设置有垫块，并且垫块设置在小尺寸构件的振动节线处；应变片粘贴在小尺寸构件上，应变片的输出端与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端与上位机系统连接；小尺寸构件的尺寸小于工作台的直径；工作台和支撑台均为圆柱体；上位机系统包括残余应力分布状态存储模块、有限元软件、模态参数存储模块、应变振型分布状态存储模块、位移振型节线存储模块、高频振动能量放大装置的参数存储模块、应变波形获取模块以及峰值应变提取模块，其特征在于，用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动方法按照如下步骤进行：

(1)、采用X射线衍射法获取小尺寸构件的表层残余应力分布状态，确定峰值残余应力在小尺寸构件上的具体位置以及第一主应力和第二主应力的方向，并将残余应力测试结果存储到残余应力分布状态存储模块中；

(2)、启动上位机系统中的有限元软件建立小尺寸构件的有限元模型，对小尺寸构件进行数值模态分析，得到小尺寸构件的各阶弯曲振动的固有频率以及与各阶弯曲振动的固有频率相对应的各阶弯曲振动的位移振型与应变振型，并将各阶弯曲振动的固有频率、位移振型以及应变振型存储到模态参数存储模块中；

(3)、根据模态参数存储模块中存储的各阶弯曲振动的应变振型，确定各阶弯曲振动的应变振型的峰值应变的具体位置，并将峰值应变的具体位置结果存储到应变振型分布状态存储模块中，当应变振型峰值应变所在的位置与小尺寸构件峰值残余应力所在的位置一致时，记录下该应变振型所对应的固有频率，并记为高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f；

(4)、以高频振动能量放大装置的轴向共振频率为优化目标，其结构尺寸参数为设计变量，并采用正交实验法制定高频振动能量放大装置的优化方案，然后采用有限元软件建立各个优化方案对应的有限元模型，并对各个优化方案进行数值模态分析，得到各个优化方案的轴向共振频率，并将轴向共振频率与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f相一致的方案作为高频振动能量放大装置的最优方案，且将最优方案的尺寸参数存储到高频振动能量放大装置的参数存储模块中；

(5)、对模态参数存储模块中存储的与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f所对应的位移振型进行分析，得到其振动节线的具体位置以及振动节线的数目，并将结果存储到位移振型节线存储模块中；

(6)、根据高频振动能量放大装置的参数存储模块中存储的最优方案的尺寸参数制造高频振动能量放大装置，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；圆台形式的连杆的最大截面面积小于工作台的截面面积，且圆台形式的连杆的最大截面面积小于支撑台的截面面积；圆台形式的连杆的长度大于工作台的厚度，且圆台形式的连杆的长度大于支撑台的厚度；

(7)、将小尺寸构件装夹在工作台上，工作台与小尺寸构件之间设置有垫块，并且垫块设置在小尺寸构件的振动节线处；将应变片粘贴在峰值残余应力位置处，其中第一应变片沿着小尺寸构件的第一主应力方向粘贴，第二应变片沿着小尺寸构件的第二主应力方向粘贴；支撑台固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上，支撑台与工作台通过圆台形式的连杆相连接；接通信号连线；接通电源；

(8)、上位机系统控制信号发生器输出高频振动的频率，该频率为高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f；缓慢调节功率驱动器的增益旋钮使得功率驱动器输出恒定的电流，驱动电磁式激振器产生高频振动，并通过高频振动能量放大装置对小尺寸构件进行高频振动处理，同时上位机系统中的应变波形获取模块获取动态应变仪采集到的小尺寸构件输出的应变波形，并且上位机系统中的峰值应变提取模块提取应变波形的峰值应变。