[发明专利]一种三支柱绝缘子嵌件外围环氧应力的超声检测方法

权利要求书

1.一种三支柱绝缘子嵌件外围环氧应力的超声检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、搭建超声检测系统；

所述超声检测系统包括超声脉冲发生器、示波器、超声纵波直探头、探头适配线和高阻抗传输线；

超声纵波直探头通过探头适配线与超声脉冲发生器的信号输出端T或信号输入端R相连，超声脉冲发生器的信号同步端通过高阻抗传输线与示波器相连接；

S2、测量三支柱绝缘子用环氧复合材料标准试样的平行应力声弹性系数，得到环氧复合材料平行应力的声弹性方程，具体如下：

调节超声脉冲发生器，将涂有油基型超声耦合剂的两个超声纵波直探头对称同轴放置在万能试验机上板与底板表面，环氧复合材料标准试样固定放置在万能试验机上板与底板中间，记录超声纵波在标准试样中的传播时间，进而得到平行应力声弹性系数，最后得到环氧复合材料平行应力的声弹性方程；

一个超声纵波直探头在环氧复合材料标准试样一侧发出超声始波F，超声始波F垂直入射到环氧复合材料标准试样的环氧部分内部，穿透波I在环氧复合材料标准试样的环氧部分另一侧的对应位置处被另一个超声纵波直探头接收，超声始波F与穿透波I的起振时间差即为该待测位置超声纵波在标准试样中的传播时间；

超声在环氧复合材料标准试样传播的声程依次设为2d₀+d₁、2d₀+d₂，分别记录相同应力下超声传播时间t₂与t₃，声速V₁为

得到平行应力声弹性系数K，具体如下：

其中，V₀为零应力σ₀时的声速，测量环氧复合材料标准试样在零应力σ₀下超声纵波声速V₀为2 997.02m/s；设外施载荷F在受力面积上均匀分布，声程分别为2d₀+d₁、2d₀+d₂时的应力σ₁与F关系分别为F＝σ₁d₂d₃、F＝σ₁d₁d₃；平行应力的试验范围0～50MPa，步长5MPa；

将得到的平行应力声弹性系数K，返回代入公式(2)即可得到环氧复合材料平行应力的声弹性方程为公式(3)：

即通过测量声速V即可得到应力σ；

S3、对三支柱绝缘子轴向载荷下嵌件外围环氧进行超声检测，记录检测位置处超声声程内的声速；

S4、将得到的超声声速代入S2的环氧复合材料平行应力的声弹性方程，得到三支柱绝缘子轴向载荷下嵌件外围环氧应力；

所述超声纵波直探头属于圆柱式纵波直探头，采用圆形复合材料压电晶片，探头底面为圆形，探头底面直径D设计范围取5-10mm，探头高度H设计范围取15-20mm；超声纵波直探头的频率设计不大于2.5MHz；

两个超声纵波直探头分别通过探头适配线与超声脉冲发生器的信号输出端T和信号输入端R相连；

所述油基型 超声耦合剂用于增加超声纵波直探头与被测表面的接触效果，保证超声波形的稳定性；

所述环氧复合材料标准试样是材料、工艺均与三支柱绝缘子相同，尺寸大小为长d₁×高d₂×宽d₃的长方体标准试样；

所述对称同轴放置是指两个超声纵波直探头分别放置在万能试验机上板、底板表面，两超声纵波直探头的中心线同轴；

所述万能试验机上板为平底面的反‘T’字型钢板，底板为平底面的‘工’字型钢板；上板与底板的厚度均为d₀；

步骤S3中，调节超声脉冲发生器，将涂有油基型超声耦合剂的一个超声纵波直探头放置在已安装在推力机上的三支柱绝缘子外围固态环氧件表面，用超声反射法记录超声纵波在嵌件外围环氧中的传播时间，进而记录检测位置处超声声程内的声速；

所述三支柱绝缘子包括固态环氧件、中心导体和接地嵌件；固态环氧件由环氧复合材料构成，包括三个柱腿，每个柱腿底部都与一个接地嵌件结合；所述检测位置为嵌件外围环氧，指接地嵌件外围的固态环氧件；中心导体为铝材质的圆环状结构；

所述安装在推力机上是指将三支柱绝缘子的其中一个与接地嵌件结合的柱腿固定在推力机上，推力机施加载荷F到中心导体上，载荷F与接地嵌件固定面的垂直距离为330mm；此时，超声传播方向大致与应力方向平行，传播声程为两倍固态环氧件的厚度；

记录超声纵波在嵌件外围环氧中的传播时间t，具体如下：

一个超声纵波直探头在三支柱绝缘子外围固态环氧件表面发出超声始波F，超声始波F垂直入射到固态环氧件内部，到达固态环氧件-接地嵌件界面时反射，反射波B又被超声纵波直探头接收，超声始波F与反射波B 的起振时间差即为该待测位置嵌件外围环氧中的传播时间t；

超声在三支柱绝缘子嵌件外围环氧的声程设为D，记录载荷F下超声传播时间t，则声速V为：

步骤S4中，将步骤S3中得到的超声声速V代入公式(3)，得到三支柱绝缘子轴向载荷下嵌件外围环氧应力σ。