[发明专利]一种提高材料损伤临界折射纵波检测灵敏度的方法

说明书

一种提高材料损伤临界折射纵波检测灵敏度的方法，属于高端装备制造与检测领域。该方法包括以下步骤：根据被检材料和楔块的纵波声速，设计临界折射纵波楔块角度和几何尺寸；采用一发一收方式在不同损伤程度试样的表面激励、接收临界折射纵波；对临界折射纵波信号进行递归定量分析得到递归图，提取递归度、确定率、递归趋势三种特征参数，并做归一化处理；建立其与损伤参数间的对应关系。与仅利用临界折射纵波幅值检测损伤的方法相比，利用递归定量分析对临界折射纵波进行分析后检测结果直观、灵敏度高，实现了损伤的多参数评价，为不同损伤类型区分提供了可能，具有良好的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及一种提高材料损伤临界折射纵波检测灵敏度的方法，属于高端装备制造与检测领域。

背景技术

高端装备构件在制造和服役过程中会受到多种载荷影响，如温度、湿度、紫外线辐射、外力等，不可避免发生一定程度的损伤，材料表面/近表面又是损伤萌生高发区。因此，若能在早期及时对其进行有效评价，便可提前预警灾难，对确保关键构件安全运行意义重大。

近年来，有关临界折射纵波(Critically Refracted Longitudinal wave，L_CR)的研究得到重视。L_CR波平行于试件表面、沿表面/近表面传播，能量渗透深度与检测频率相关，通常能达到几个波长，不同于波场能量仅集中于一个波长内的表面波，它能检测表面及以下一定深度的损伤。前期研究发现L_CR波测试稳定性较常规超声脉冲回波法有较大提升。

如何提取反映早期损伤的信号特征并建立与损伤之间的映射关系，是实现早期损伤检测与评价的关键问题。鉴于超声信号具有短程非平稳的特点，其中还会掺杂各种干扰信号，因此准确提取信号中稳定因素就显得尤为重要。递归定量分析(RecurrenceQuantification Analysis，RQA)方法是一种可对时间序列非平稳性和混沌性进行评估的信号分析方法，可用于非线性系统中递归特性的提取，它是基于高维相空间轨迹递归现象直观显示的递归图(Recurrence Plot，RP)中的系统特征进行定量描述。相较于频谱分析、小波变换等方法，RQA方法对时间序列的大小和稳定性无特殊要求，抗噪能力强，分析结果直观，鲁棒性也更好，已被用于混凝土和复合材料内部缺陷及孔隙率检测等信号分析中。

发明内容

本发明提出一种提高材料损伤临界折射纵波检测灵敏度的方法，引入RQA方法对L_CR波信号进行分析，进而建立损伤参数与RQA特征参数之间的映射关系，可提高损伤检测的灵敏度，同时基于不同的特征参数，为不同损伤类型区分提供了可能，对于发展构件早期损伤无损评价方法具有重要意义。

本发明采用的技术方案是：根据被检材料和楔块的纵波声速，设计L_CR波楔块角度和几何尺寸；采用一发一收方式在不同损伤程度的材料试样的表面激励、接收L_CR波；对采集的L_CR波信号进行递归定量分析，得到RP图，提取递归度(Recurrence Rate，RR)、确定率(Determinism，DET)、递归趋势(Recurrence Trend，TREND)，并计算归一化RR差、归一化DET差、归一化TREND差；建立损伤参数与其对应关系。具体步骤如下：

(1)临界折射纵波信号激励和接收

a.根据GB/T 23900-2009无损检测-材料超声速度测量方法，分别测量声耦合楔块与被检材料的声速V₁、V₂，利用公式(1)计算临界折射纵波的临界角θ_CR，制备相应角度楔块，以产生临界折射纵波；

θ_CR＝arcsin(V₁/V₂) (1)

b.采用两个相同规格的超声探头，以一发一收方式在不同损伤程度试样表面激励和接收临界折射纵波，临界折射纵波信号作为待研究的时间序列；