[发明专利]基于超声尾波的多层结构应力松弛检测方法

说明书

本发明提供了一种基于超声尾波的多层结构应力松弛检测方法，其包括：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，获取结构不同应力状态下的超声信号，以最大应力状态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，结合声弹性效应和应力应变关系，建立多层结构应力与时移特征参数的二次关系模型，检测多层结构应力松弛。本发明对微小变化非常敏感、检测过程方便、易于实现、对检测设备的要求不高，且尾波信号可重复，检测稳定性好，可实现多层结构应力变化的高精度和高灵敏度测量，具有重要的工程参考价值，且相比于一般的线性模型，所提二次关系模型和实验结果更吻合。

技术领域

本发明属于多层结构应力无损检测技术领域，特别是一种基于超声尾波的多层结构应力松弛检测方法。

背景技术

作为长贮装备壳体的典型结构，多层结构在寿命周期内需长时间处于贮存状态，受到自然因素(温度、湿度、大气压力、霉菌、盐雾等)和诱导因素(电磁辐射、静电、振动、冲击等)的影响，多层结构会发生老化、降解，应力松弛等反应导致力学性能不断退化，甚至功能失效。多层结构的层间应力是精密部件装配要求和评估其健康状态的关键参数之一，在工程上尤为关注。因此，实时监测多层结构在贮存状态下性能退化，研究多层结构应力状态的变化规律，预测多层结构的服役寿命，可进一步为长贮装备的维修决策提供理论依据，有助于提高经济效益和使用寿命，同时也具有重大的工程价值和战略意义。

目前的应力检测方法主要包含应力释放法、中子衍射法、声弹性法、机电阻抗法和非线性超声法。其中，应力释放法是一种有损检测方法，测试精度低且依赖测试环境，外界环境变化容易对测量结果造成影响；中子衍射法检测原理基于布拉格衍射，受表面状态干扰较大，设备造价昂贵且不具有便携性，难以实现工程现场应用；声弹性法是一种离线检测方法，使用的超声频率很高，需要高精度测量设备，且需制备无应力标准块和检测复杂；机电阻抗法将压电传感器与待测结构结合在一起，通过检测电阻抗的变化就能检测结构应力的变化情况，只适合应用于局部动态特性的检测，易受检测设备限制且检测鲁棒性较差；非线性超声法(高次谐波和边频带法)利用超声波与结构内部的非线性特征相互作用会导致新的频率分量的产生，根据超声波信号频谱中的高次谐波和边频带幅值变化，就可以检测应力的变化，但谐波和边频带幅值很小，误差来源多，易被噪声掩盖。超声检测是理想的在线无损检测方式，然而传统的超声检测只关注直达波的特征，这对介质微观结构变化的检测往往并不敏感。而多次散射形成的尾波会对介质中的微弱变化进行多次采样，因此尾波干涉方法对于波动路径上的微小改变十分敏感。尾波是指经过强烈多次散射波的尾部部分，最早应用于地震工程中，近年来主要应用于在混凝土结构健康监测领域。因此，考虑到多层结构的异质性和连接界面的粗糙特性，超声波通过时会发射多次散射形成对微小变化非常敏感的尾波，借助尾波干涉技术，寻求一种基于超声尾波的多层结构应力松弛检测方法，以准确获取多层结构的应力大小是十分迫切且必要的。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出一种基于超声尾波的多层结构应力松弛检测方法。该方法包括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，获取结构不同应力状态下的超声信号，以最大应力状态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，结合声弹性效应和应力应变关系，建立多层结构应力与时移特征参数的二次关系模型，检测多层结构应力松弛。本发明对微小变化非常敏感、检测过程方便、易于实现、对检测设备的要求不高，且尾波信号可重复，检测稳定性好，可实现多层结构应力变化的高精度和高灵敏度测量，具有重要的工程参考价值，且相比于一般的线性模型，所提二次关系模型和实验结果更吻合。

本发明提供一种基于超声尾波的多层结构应力松弛检测方法，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；