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专利号: 2018113444846
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其步骤如下:

S1、制作与待测曲面工件相同材料的零应力平面工件,放置平面楔块、超声激发探头和超声接收探头进行超声波应力测试,超声接收探头采集零应力平面工件的测量波形x(n),然后在零应力平面工件上施加不同的应力σ进行超声波应力测试,标定平面工件的名义声弹性系数KPla;

S2、在待测曲面工件上放置平面楔块、超声激发探头和超声接收探头,涂抹足够的耦合剂充分填补平面楔块和曲面工件间的空隙,进行超声波应力测试,超声接收探头采集曲面工件的测量波形y(n);判断测量波形y(n)中是否接收到临界折射纵波,若没有接收到临界折射纵波,则调整超声激发探头和超声接收探头的相关参数,重新测量保证超声接收探头接收到临界折射纵波;若接收到临界折射纵波,则进行下一步;

S3、对x(n)、y(n)进行降噪处理,并计算两者的波形时延ΔtDet,并计算待测曲面工件的残余应力σCur:其中,LWor,Pla为采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在平面工件中的实际传播距离;

LWor,Cur为采用平面楔块对曲面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在曲面工件中的实际传播距离;

ΔtGeo为在采用平面楔块对平面工件和曲面工件进行超声波应力测试时,由于平面工件和曲面工件几何结构不同,超声波在平面楔块和耦合层中传播时间不同造成的声时差。

2.根据权利要求1所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述步骤S1中在零应力平面工件上施加不同的应力σ进行超声波应力测试,标定平面工件的名义声弹性系数KPla的具体方法是:根据采集零应力平面工件的测量波形x(n),得到超声波在零应力状态下平面工件的传播时间tzero,然后在零应力平面工件上施加不同的应力σ进行超声波应力测试,测量超声波在不同应力状态下平面工件的传播时间,计算超声波在σ应力状态和零应力状态下平面工件的传播时间差Δt,通过拟合所述应力σ与传播时间差Δt的关系,计算出所述平面工件的名义声弹性系数KPla。

3.根据权利要求1所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在平面工件中的实际传播距离LWor,Pla是通过游标卡尺或千分尺测量得到的。

4.根据权利要求1所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述采用平面楔块对曲面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在曲面工件中的实际传播距离LWor,Cur是通过以下公式获得:LWor,Cur=2Rcosβ,其中,β为超声接收探头能接收到临界折射纵波的情况下,超声波从耦合层入射到曲面工件的折射角;R为曲面工件的半径。

5.根据权利要求1所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述在采用平面楔块对平面工件和曲面工件进行超声波应力测试时,由于平面工件和曲面工件几何结构不同,超声波在平面楔块和耦合层中传播时间不同造成的声时差ΔtGeo具体是指采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,超声波在平面楔块和耦合层中的传播时间tGeo,Pla与采用平面楔块对曲面工件进行超声波应力测试时,超声波在平面楔块和耦合层中的传播时间tGeo,Cur之差,ΔtGeo=tGeo,Cur-tGeo,Pla。

6.根据权利要求5所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,超声波在平面楔块和耦合层中的传播时间tGeo,Pla通过以下公式获得:tGeo,Pla=2h/(VWedgecosiLCR);

其中,h为超声激发探头的压电晶片中心距平面楔块底面的垂直距离;

iLCR为平面工件材料的第一临界折射角;

VWedge为超声波在平面楔块中的传播速度。

7.根据权利要求5所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述采用平面楔块对曲面工件进行超声波应力测试时,超声波在平面楔块和耦合层中的传播时间tGeo,Cur通过以下公式获得:其中,h为超声激发探头的压电晶片中心距平面楔块底面的垂直距离;

VWedge为超声波在平面楔块中的传播速度;

β为超声接收探头能接收到临界折射纵波的情况下,超声波从耦合层入射到曲面工件的折射角;

iCou为超声接收探头能接收到临界折射纵波的情况下,超声波从平面楔块入射到耦合层时的入射角;

γCou为超声接收探头能接收到临界折射纵波的情况下,超声波从平面楔块入射到耦合层时的折射角;

R为曲面工件的半径;

VCou为超声波在耦合剂中的传播速度。

8.根据权利要求4或7所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:超声接收探头能接收到临界折射纵波的情况下,超声波从平面楔块入射到耦合层时的入射角iCou和折射角γCou,超声波从耦合层入射到曲面工件的折射角β通过以下公式获得:其中,VCou为超声波在耦合剂中的传播速度;

VWedge为超声波在平面楔块中的传播速度;

VWor为临界折射纵波在曲面工件中的传播速度,VWor与临界折射纵波在零应力平面工件中的传播速度VWor,Zero相差很小,在计算时取VWor=VWor,Zero;

LWor,Pla为采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在平面工件中的实际传播距离;

iLCR为平面工件材料的第一临界折射角;

R为曲面工件的半径;

h为超声激发探头的压电晶片中心距平面楔块底面的垂直距离。

9.根据权利要求8所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述超声波在平面楔块中的传播速度VWedge、超声波在耦合剂中的传播速度VCou是通过声速测量仪测得。

10.根据权利要求8所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述临界折射纵波在零应力平面工件中的传播速度VWor,Zero是通过以下公式计算得到:VWor,Zero=LWor,Pla/[tzero-2h/(VWedgecosiLCR)]其中,LWor,Pla为采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在平面工件中的实际传播距离;

tzero为超声波在零应力状态下平面工件的传播时间;

VWedge为超声波在平面楔块中的传播速度;

iLCR为平面工件材料的第一临界折射角;

h为超声激发探头的压电晶片中心距平面楔块底面的垂直距离。