[发明专利]基于超声尾波的多层结构应力松弛检测方法

权利要求书

1.一种基于超声尾波的多层结构应力松弛检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、获取待检测的多层结构试样，搭建多层结构应力松弛检测系统并确定激励信号参数；

S2、获取结构不同应力状态下的超声信号：调控多层结构的应力状态，在不同应力状态下发射激励信号，进行超声信号的采集；

S3、以最大应力状态σ₀下接收到的超声信号为参考信号，提取除最大应力状态外的应力状态下的时移特征参数：选取超声信号中时间窗为[t-T，t+T]的尾波信号进行信号处理，以最大应力状态下的接收信号为参考信号，采用移动窗互相关法，提取除最大应力状态外的应力状态下的时移特征参数；

S4、建立多层结构应力与时移特征参数的二次关系模型；

S41、根据声弹性效应可得，受单轴应力σ作用时，沿施加单轴应力σ方向传播的纵波波速c_L表示为：

其中，c_L表示平行于单轴应力σ方向的纵波波速；A表示依赖于一阶Lame系数和二阶Murnaghan系数的声弹性常数；表示无单轴应力下的纵波波速；

S42、借助三阶非线性弹性应力应变关系，计算第一应力状态σ₁和第二最大应力状态σ₀下的第一尾波到达时间t_C(σ₁)和第二尾波到达时间t_C(σ₀)；

S43、分别将第一尾波到达时间t_C(σ₁)和第二尾波到达时间t_C(σ₀)，在第二最大应力状态σ₀处二阶泰勒级数展开，做差得到应力变化下走时延迟τ为：

其中，ξ₁,ξ₂表示二阶泰勒级数展开误差；k表示第一尾波传播路径l_c1与直达波传播路径2l₁的比例常数；E表示二阶弹性常数；E₁表示三阶弹性常数；l₀表示无应力下的原始长度；表示依赖于第二最大应力状态σ₀、声弹性常数A、三阶弹性常数E₁、二阶弹性常数E的第一常量；表示依赖于第二最大应力状态σ₀、声弹性常数A、三阶弹性常数E₁、二阶弹性常数E的第二常量；

式(6)即为多层结构应力与时移特征参数的二次关系模型；

S5、检测多层结构应力松弛：利用多层结构应力松弛检测系统获取未知应力状态下的超声信号，进行信号处理以提取时移特征参数，借助构建的多层结构应力与时移特征参数的二次关系模型，求得多层结构的应力大小。

2.根据权利要求1所述的基于超声尾波的多层结构应力松弛检测方法，其特征在于：所述步骤S3中所述时移特征参数的获取具体包括以下步骤：

S31、扰动前后时间窗内波形的互相关函数R(t_s)的计算公式为：

其中，u(·)表示参考尾波信号；表示除最大应力状态外的应力状态下扰动后的尾波信号；T表示尾波部分的时间窗长度；t表示时间窗的中心位置；t_s表示互相关函数中的走时差；所述扰动前后时间窗内波形的互相关函数R(t_s)表示两列波的相关程度；

S32、获得互相关函数R(t_s)取最大值时的走时延迟τ，作为所求应力状态下的时移特征参数。

3.根据权利要求1所述的基于超声尾波的多层结构应力松弛检测方法，其特征在于：所述步骤S2中所述超声信号的采集具体包括以下步骤：

S21、超声信号由信号发生器产生，通过功率放大器放大后驱动发射换能器工作；

S22、考虑到超声传播的有效性，压电接触式换能器通过超声波耦合剂耦合到多层结构上；

S23、接收换能器所测的超声信号通过示波器采集，并传输到计算机中进行信号处理。