[发明专利]基于高阶声弹性超声导波的对称截面桁条的轴向应力监测方法

摘要

本发明公开了一种基于高阶声弹性超声导波的对称截面桁条的轴向应力监测方法，本发明在基于高阶声弹性的理论基础上结合半解析有限元研究了轴向应力作用下对对称截面桁条导波传播的影响，求出了无应力和应力下的导波的速度和速度变化情况，并根据得到的结果选择适合应力监测的模态和激励频率。根据该模态的传播特性设计传感器阵列，完成整体应力监测。本发明在理论和应用填补了对称截面桁条在超声导波应力监测的空白，为对称截面桁条超声导波应力监测提供了整体思路和方法。

主权项

1.一种基于高阶声弹性超声导波的对称截面桁条的轴向应力监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：利用半解析有限元求解无应力下桁条的相速度和群速度频散曲线，分析频散曲线，选取频散较小的模态和激励频率段；

S2：将预应力条件下波的传播分为预应力变形过程和波传播两个过程，波传播的过程利用高阶声弹性半解析有限元求解不同应力下的相速度曲线，并求解应力灵敏度曲线，即相速度变化值曲线△cp＝cpσ‐cp₀，cp_σ是轴向应力为σ时的相速度值，cp₀是无应力时的相速度值；

S3：分析对称截面结构得到应力灵敏度曲线，结合S1的结果，选取最佳导波模态和相应激励频率作为轴向应力监测的模态和激励频率；

S4：根据半解析有限元的结果求得选取模态的阵型图，并根据其特征设计适合进行应力监测的传感器阵列；

S5：对对称截面结构激励端和接收端传感器进行安装，一端表面安装导波激励源，另一端表面安装导波接收器以接收激发的导波信号；

S6：桁条中导波与应力相关的信号特征提取：计算不同应力下的理论相移△t，拟合相移曲线，通过该拟合的曲线在实验过程中获取应力对比于无应力的相移，通过拟合的曲线获取应力实现桁条导波应力监测。

2.根据权利要求1所述的基于高阶声弹性超声导波的对称截面桁条的轴向应力监测方法，其特征还在于：

S2中将预应力条件下波的传播过程分为受预应力变形过程和波传播过程两个过程，应力变形过程假设材料是各向同性的弹性材料，波传播过程则假设材料为超弹性材料，S21：采用Murnaghan理论模型得到在应力变形下的波传播过程的控制方程，

其中，

S22：对于对称截面结构，施加x方向的载荷时，材料在某种意义上是横向同性的，因此张量的对称性表示为，

S22根据式(1)可得到弹性常数中的每一项，其中，

3.根据权利要求1所述的基于高阶声弹性超声导波的对称截面桁条的轴向应力监测方法，其特征在于：S6中计算不同应力下的理论相移△t采用如下方式，

x₀为激发到接收信号的距离，△x为x₀乘上应变，拟合相移曲线，通过该拟合的曲线，在实验过程中获取应力对比于无应力的相移，通过拟合的曲线获取应力，实现桁条导波应力监测，其中，cp₀为无应力下的相速度，相速度变化值△cp＝cp_σ‑cp₀，x₀为激发到接收信号的距离，△x为x₀乘上应变。