[发明专利]水下航行体结构内部应力波动态显示系统及方法

说明书

水下航行体结构内部应力波动态显示系统，包括水下航行体工件、空化水洞、光路系统、明暗条纹图像采集系统以及应力波图像后处理系统。水下航行体工件模拟几何形态为回转体的水下航行体。空化水洞为水下航行体工件提供航行环境。光路系统提供瞬态激光光源；明暗条纹图像采集系统采集空化现象时水下航行体工件内部光弹材料上所呈现出的明暗条纹图像，发送给应力波图像后处理系统；应力波图像后处理系统对明暗条纹图像进行定量分析，解耦获得水下航行体工件内部的横波、纵波以及瑞利波，获得各波型的波长、传播速度、空间分布坐标。本发明同时提供了动态显示方法。本发明实现了应力波的精细化测量，突破了传统光弹成像技术仅适用于平面结构的限制。

技术领域

本发明涉及一种应力波动态显示技术，尤其涉及一种空化载荷作用下水下航行体结构内部应力波动态显示系统及方法。

背景技术

空化载荷是水下航行体高速水动力学的经典和前沿问题之一，含空泡团脱落、空泡脉动、水射流和溃灭冲击波等多种形式的复合载荷，具有强瞬时、多尺度、强冲击等典型特征，迫使航行体结构内部的固体介质受迫振动并以复杂应力波的形式传播。结构应力波诱发航行体产生结构振动、噪声、空蚀等问题，是造成航行体弹道稳定性失稳以及结构破坏的主要因素，研究空化载荷作用下水下航行体结构内部应力波的瞬态演化过程有利于推动水下航行体水动力载荷控制技术的整体提升。

国内外现有的动态光弹成像法可对平面固体结构内部的应力波进行全结构场成像，是测量应力波传播特性的重要实验手段。

(1)一种应力测量方法及盈利测量光路装置(CN110954253A)；采用光弹成像技术设计了一种应力测量方法及应力测量光路装置，通过在平面试样两侧同时进行光弹方法和数字图像相关方法获得试样全场的应力差和应变值。

(2)Method of measuring a sound pressure distribution in a solid bodydue to a ultrasonic probe by using photoelasticity(US4733963A)；设计了一种高灵敏度的光弹图像的合成方法，脉冲激光束通过物镜、起偏镜照射到透明平面玻璃测试件上，实现光弹性效应成像，得到透明玻璃测试件的应力波。

(3)固体中超声场的动态光弹成像研究(《中国声学学会全国声学学术会议》，2014年)；针对平面固体中超声场的动态光弹成像进行了分析，介绍了动态光弹法在应力波上的应用的理论研究。

(4)阵列式超声无损检测中的多通道光弹成像研究(《测试技术学报》,2016年第30期第2卷)；利用超声波本质的应力波属性，及偏振光干涉原理，研制了针对平面非晶体结构应力波测量的多通道动态光弹成像系统。

以上光弹成像实验研究针对平面几何形态的光弹靶件进行了研究，尚无法对几何形态为回旋体的水下航行体结构内部应力波进行精细化成像。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供水下航行体结构内部应力波动态显示系统及方法。

本发明的技术解决方案：

水下航行体结构内部应力波动态显示系统，包括水下航行体工件、空化水洞、光路系统、明暗条纹图像采集系统以及应力波图像后处理系统；

水下航行体工件：用于模拟几何形态为回转体的水下航行体；

空化水洞：为水下航行体工件提供航行环境，水流按设定的初速度和空化数流淌过水下航行体工件表面，当产生空化现象时水下航行体工件内部光弹材料产生应变现象；

光路系统：为水下航行体工件内部产生应力波提供所需的瞬态激光光源；

明暗条纹图像采集系统：采集空化现象时水下航行体工件内部光弹材料上所呈现出的明暗条纹图像，发送给应力波图像后处理系统；