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专利号: 2021105440987
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:

1.一种基于非线性超声测量疲劳微裂纹偏移角度的方法,其特征在于,所述方法包括步骤如下:

S1、对含微裂纹缺陷的金属板材进行疲劳微裂纹初步定位,得到微裂纹中心O;

S2、在金属板材表面以微裂纹中心O为原点,选择一个方向作为水平正方向,取水平正方向逆时针夹角为取向角αx;

S3、在金属板材表面以微裂纹中心O为圆心,r为半径绘制一个正圆周,选择合适的固定间隔角度Δα,取向角αx满足αx=x·Δα,且0°≤αx<360°;其中,x为取向角αx的变化次数,x=0,1,2,…,n;n为取向角αx的变化次数x的取值限度,S4、在步骤S3绘制的正圆周上,依据取向角αx放置激发传感器与接收传感器,在取向角αx处放置激发传感器,在与取向角αx关于微裂纹中心O对称处放置接收传感器,对应的激发传感器与接收传感器之间构成一组超声传感路径;依次增大取向角αx的变化次数x,改变激发传感器与接收传感器的位置,可得到n+1组超声传感路径;超声测试每组超声传感路径,并记录每组超声传感路径形成的时域波形信号;

S5、将每组时域波形信号转换为相应的频域图形,并分别提取出每组频域图形数据中的超声波基波信号幅值A1x与二次谐波波形幅值A2x,计算得出每组相对非线性系数β′x;所述相对非线性系数

S6、绘制取向角αx‑相对非线性系数β′x极坐标图,所绘制的极坐标图为一近似对称“叶片”图形,所述近似对称“叶片”图形的长轴垂直方向与水平正方向的夹角为微裂纹偏移角度,所述微裂纹偏移角度的范围为[0°,180°);

所述取向角αx‑相对非线性系数β′x极坐标图是以αx为极角,以相对非线性系数β′x为极径。

2.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声测量疲劳微裂纹偏移角度的方法,其特征在于,所述步骤S4具体包括:

S41、在金属板材表面以微裂纹中心O为极点、水平正方向为极轴,建立极坐标系;取向角αx=x·Δα,且0°≤αx<360°,取向角αx的变化次数x=0,1,2,…,n;

S42、当取向角αx满足0°≤αx≤180°时,在极坐标(r,αx)处放置一个激发传感器,在极坐标(r,αx+180°)处放置一个接收传感器;当取向角αx满足180°<αx<360°时,在极坐标(r,αx)处放置一个激发传感器,在极坐标(r,αx‑180°)处放置一个接收传感器;对应的激发传感器与接收传感器之间构成第x组超声传感路径;其中,r为步骤S3绘制的正圆周的半径;

S43、超声测试第x组超声传感路径,超声由激发传感器处激发,接收传感器处采集,得到第x组超声传感路径的时域波形信号,利用示波器记录第x组超声传感路径形成的时域波形信号;

S44、按照取向角αx变化次数x从0至n依次增大的顺序,重复步骤S42和步骤S43,共得到n+1组超声传感路径,共记录n+1组对应的时域波形信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声测量疲劳微裂纹偏移角度的方法,其特征在于,所述步骤S5具体包括:

S51、对第x组时域波形信号进行分析,并转换为相应的频域图形,其中x为取向角αx的变化次数,x=0,1,2,…,n;

S52、在第x组频域图形数据中提取出超声波基波信号幅值A1x与二次谐波波形幅值A2x,且基波信号频率与激发传感器中心频率相近,二次谐波频率为基波频率的2倍;

S53、利用 计算得出第x组相对非线性系数β′x;

S54、重复步骤S51至步骤S53,共计算得到n+1组相对非线性系数。

4.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声测量疲劳微裂纹偏移角度的方法,其特征在于,所述固定间隔角度Δα满足0°<Δα≤60°。

5.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声测量疲劳微裂纹偏移角度的方法,其特征在于,所述取向角αx的变化次数x的取值限度n不小于5。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于非线性超声测量疲劳微裂纹偏移角度的方法,其特征在于,所述接收传感器的中心频率是所述激发传感器的中心频率的2倍。

7.根据权利要求1或3所述的一种基于非线性超声测量疲劳微裂纹偏移角度的方法,其特征在于,将时域波形信号转换为频域图形的算法包括快速傅里叶变换、傅里叶变换。

8.根据权利要求1或4所述的一种基于非线性超声测量疲劳微裂纹偏移角度的方法,其特征在于,所述固定间隔角度Δα是15°;或所述固定间隔角度Δα是20°;或所述固定间隔角度Δα是30°;或所述固定间隔角度Δα是45°。

9.根据权利要求6所述的一种基于非线性超声测量疲劳微裂纹偏移角度的方法,其特征在于,所述接收传感器的中心频率为5MHz,所述激发传感器的中心频率为2.5MHz。