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。