[发明专利]一种利用光声本征谱分析法无损评估材料疲劳程度的方法

摘要

本发明公开了一种利用光声本征谱分析法无损评估材料疲劳程度的方法，利用激光脉冲照射弹性体使其在光声效应作用下辐射声波，通过分析弹性体辐射出的光声信号，可以得到弹性体的光声本征谱，从光声本征谱中提取出弹性体的本征频率。材料发生疲劳时，会伴随有弹性特性变化，从而导致其本征频率的改变。因此，根据光声本征谱分析法获得的材料的本征频率和弹性参量的变化，可以对材料的疲劳程度进行无损检测和评估。本发明提出的利用光声本征谱分析法无损检测材料疲劳程度的方法，无须测量仪器与被测量材料相互接触，更不需要对材料做任何解剖处理，此方法可实现对材料疲劳的非接触、无损评估，具有较高的安全性和易用性。

主权项

1.一种利用光声本征谱分析法无损评估材料疲劳程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，使用脉冲激光器对待测材料照射脉冲激光；待测材料在光声效应激发后向周围媒质辐射声波；步骤2，接收待测材料辐射出的声波信号；步骤3，通过接收到的待测材料辐射出的声波信号计算出声波信号的时频图；在时频图的尾部得到待测材料的本征频率谱线，提取本征频率谱线得到待测材料的本征频率，该本征频率记为测得的本征频率gi；步骤4，待测材料在无粘性流体中的振动的特征方程如下：|D|＝0，其中，D＝{d_ij},(i,j＝1,2,3)，d₁₂＝(2n²‑ks²a²)Jn(k_da)‑2k_daJn'(k_da)，d₁₃＝2n[k_saJn'(k_sa)‑Jn(k_sa)]，d₂₁＝‑k_faHn⁽¹⁾'(k_fa)，d₂₂＝k_daJn'(k_da)，d₂₃＝nJn(k_sa)，d₃₁＝0，d₃₂＝2n[Jn(k_da)–k_daJn'(k_da)]，d₃₃＝2k_saJn'(k_sa)+[ks²a²‑2n²]Jn(k_sa)；其中，a为待测材料半径，ρf为周围介质密度，ρs为待测材料密度，Hn为n阶汉克尔函数，Jn为n阶贝塞尔函数，n为汉克尔函数和贝塞尔函数的阶数，kf为介质中声波的波数，ks为待测材料中纵波的波数，kd为待测材料中横波的波数，kf＝2πf/cf,ks＝2πf/cs,kd＝2πf/cd，f为频率，cf为介质的声速,cd为弹性体的横波速度,cs为弹性体的纵波速度；求解特征方程可得到待测材料的频率，得到的待测材料的频率记为特征方程计算出的本征频率fi；步骤5，频率误差函数F(E,σ)为：其中，E为杨氏模量，σ为泊松比，N为用于计算频率误差的本征频率个数，fi为特征方程计算出的本征频率，gi为测得的本征频率，wi为加权系数；当误差函数F(E,σ)取最小值时，反演得到的E和σ为评估值；步骤6，利用计算出的待测材料杨氏模量E，得到疲劳损伤参数Dd＝1‑E/E0，其中，E0是待测材料的正常弹性值,该疲劳损伤参数可用于评估材料疲劳程度。