一种超声检测结构永存应力的方法技术

本发明专利技术提供了一种超声检测结构永存应力的方法，该方法是利用结构永存应力能够引起超声波中不同时段的波形波速产生不同的变化的效应，来测量在单向受力情况下物体构建对应的结构永存应力，该方法采用的超声波中不同时段的波形波速这类声学参数对应应力变化的响应具有较大的敏感度，并且还能直接测量获得结构永存应力这类绝对应力值，从而提高结构永存应力的测量精度和便捷性。

【技术实现步骤摘要】
一种超声检测结构永存应力的方法
本专利技术涉及超声波无损检测的
，特别涉及一种超声检测结构永存应力的方法。
技术介绍
结构永存应力是用于反映和评定物体结构整体状况的其中一个重要指标。结构永存应力对于工程结构设计和评价具有重要的参考意义，物体结构内部发生的强度破坏实质上是由于其内部的结构永存应力超过构成该物体结构的材料所能承受的最大强度而造成的，过大的结构永存应力会导致物体结构发生开裂以及内在局部破坏的情况，同时这也是物体结构发生最终破坏的直接原因。为了保证物体结构的免受应力作用而发生不可逆的破坏，有必要准确地确定物体结构内部的结构永存应力。目前，结构永存应力的检测手段主要包括有损检测法和无损检测法这两种类型。其中，有损检测法中的常用方法具体包括钻孔法、盲孔法和开植法，有损检测法在检测过程中基本上需要在混凝土表面粘贴应变传感器，通过应变传感器检测结构应力释放前后的检测量变化情况，并依据胡克定律计算得到相应的结构永存应力，但是有损检测法都需要在物体结构上开孔或者开槽，这样会对物体结构产生不同程度的损伤，此外，在开孔或者开槽的过程中会给物体机构带来较剧烈的机械扰动和较大的温度变化，这对于以电信号为检测量的应变传感器都会产生较大的不利影响，因此有损检测法很难在实际应用中推广；无损检测法中常用的方法包括超声波检测法，该超声波检测法的实施理论基础为声弹性理论，即当某一材料被施加荷载并产生形变后，其声学特性也随之发生相应变化。通过超声波检测法能够研究混凝土声学参数与结构永存应力之间的关系，该关系具体包括单个声学参数(如声速、振幅、直达波频率等)与混凝土结构永存应力之间的关系，但是该声学参数对应结构永存应力的变化响应并不敏感，并且温度、湿度和混凝土自身配比等这些外界因素都会对该声学参数产生不良影响，故基于超声波检测法很难实现通过构建该声学参数与混凝土结构永存应力之间的曲线关系以精确计算出结构永存应力具体情况的目的；此外，目前已经存在的技术中有通过比较不同应力状态下接收超声波尾波的时移变化来检测应力变化的方法，该方法能够以较高的精度检测出结构的应力的变化值，但该方法只能检测结构的应力变化值，而不能检测结构永存应力这样的绝对物理值。
技术实现思路
在物体结构的无损检测中，特别是物体结构的超声波无损检测中，由于现有的基于超声波无损检测而实现混凝土声学参数与混凝土结构永存应力的关系研究以及超声尾波干涉检测结构应力变化两者分别存在声学参数对于应力变化响应不敏感、声学参数易受外界因素干扰和不能测量计算结构永存应力这类绝对应力值等缺陷，这使得准确测量计算物体结构的结构永存应力依然存在很大的困难，从而严重地限制超声波无损检测在测量结构永存应力方面的应用。针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种超声检测结构永存应力的方法，该方法的基本原理为：超声波传播应力的各向异性效应导致当移速超声波穿过受力构件时，受应力的影响通过不同散射路径的超声波波速变化也将不同，进而导致接收波不同时段的波形波速产生不同的变化效应，该方法就是利用该效应来测量在单向受力情况下物体构件对应的结构永存应力，该方法采用的超声波中不同时段的波形波速这类声学参数对应应力变化的响应具有较大的敏感度，并且还能直接测量获得结构永存应力这类绝对应力值，从而提高结构永存应力的测量精度和便捷性。本专利技术提供一种超声检测结构永存应力的方法，所述方法用于检测由各向同性材料形成的结构处于单向应力受载状态时的应力值，其特征在于，所述方法包括：步骤(1)，向所述结构发送一超声波，并接收透射穿过所述结构的超声波，同时记录所述透射的超声波对应的波束曲线；步骤(2)，基于所述波束曲线，以时间先后顺序的方式提取所述波束曲线在曲线零点处对应的若干零点时间点ti，其中i＝1、2、…、n，并以此求得出局部相邻零点时间差均值的标准方差Sn；步骤(3)，获取所述应力σ与局部相邻零点时间差均值的标准方差Sn之间的关系函数f(Sn)，其中σ＝f(Sn)，将步骤(2)中求得的所述标准方差Sn代入所述关系函数f(Sn)中，以计算出所述应力σ；进一步，在步骤(2)中，以时间先后顺序的方式提取所述波束曲线在曲线零点处对应的若干时间点具体包括，当接收到所述透射的超声波后，记录所述波束曲线在预设时间范围内的曲线形状、并将所述波束曲线某一曲线零点对应的时间点为初始零点时间点t1，随后以所述初始零点时间点t1向后推移顺序连续地提取n-1个零点时间点，以组成所述若干零点时间点ti；进一步，在步骤(2)中，计算所述标准方差Sn具体包括先计算关于所述若干零点时间点ti的局部相邻零点时间差均值ΔTik和相邻两点时间差整体均值ΔTn，再根据下面公式(1)计算获得所述标准方差Sn，进一步，在步骤(2)中，计算所述局部相邻零点时间差均值ΔTik具体包括先基于所述若干零点时间点ti计算出对应的若干相邻零点时间差Δti＝ti+1-ti，其中i＝1、2、…、n，再根据下面公式(2)计算获得所述局部相邻零点时间差均值ΔTik，其中1≤k≤n；进一步，在步骤(2)中，计算所述相邻两点时间差整体均值ΔTn具体包括先计算出所述局部相邻零点时间差均值ΔTik，再根据下面公式(3)计算获得所述相邻两点时间差整体均值ΔTn，进一步，在步骤(3)中，获取所述关系函数f(Sn)具体是基于应力σ、测试用构件体的截面面积S、与所述测试用构件体于其顶面和底面被施加的均布力F三者之间的线性关系σ＝F/S，以及结合线性拟合算法而实现的；进一步，在步骤在(3)中，获取所述关系函数f(Sn)的具体过程包括先对所述测试用构件体分别施加不同的均布力F使得其内部应力分别为iΔσ，其中Δσ表示一预设应力差值，i＝1、2、…、n，接着计算获得在所述内部应力iΔσ状态下，所述测试用构件体对应的若干局部相邻零点时间差均值的标准方差Sni，其中i＝1、2、…、n，在通过所述线性拟合算法计算出所述关系函数f(Sn)；进一步，在步骤(3)中，计算获得所述测试用构件体对应的若干局部相邻零点时间差均值的标准方差Sni具体包括先将发送超声波的超声波发射单元和接收透射超声波的超声波接收单元之间的连线，设成与所述内部应力iΔσ的方向呈一角度α，并记录相应透射超声波的波束曲线，此时再基于所述透射超声波的波束曲线计算出所述标准方差Sni；进一步，在步骤(3)中，计算获得所述测试用构件体对应的若干局部相邻零点时间差均值的标准方差Sni的过程中发送的超声波是频率为f、振幅为A、持续时长为T的正弦波；进一步，在步骤(3)中，所述测试用构件体是采用与所述结构相同的各向同性材料制作形成的。相比于现有技术，本专利技术的一种超声检测结构永存应力的方法基于结构永存应力能够引起超声波中不同时段的波形波速产生不同的变化的效应，来测量在单向受力情况下物体构建对应的结构永存应力，该方法采用的超声波中不同时段的波形波速不同于声速、振幅和直达波频率等这类声学参数，该超声波中不同时段的波形波速对于应力变化的响应具有较大的敏感度，并且还能直接测量获得结构永存应力这类绝对应力值，这能够极大地推广超声波无损检测在结构永存应力测量中的应用和提高对结构永存应力监测的便捷性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声检测结构永存应力的方法，所述方法用于检测由各向同性材料形成的结构处于单向应力受载状态时的应力值，其特征在于，所述方法包括：步骤(1)，向所述结构发送一超声波，并接收透射穿过所述结构的超声波，同时记录所述透射的超声波对应的波束曲线；步骤(2)，基于所述波束曲线，以时间先后顺序的方式提取所述波束曲线在曲线零点处对应的若干零点时间点ti，其中i＝1、2、…、n，并以此求得出局部相邻零点时间差均值的标准方差Sn；步骤(3)，获取所述应力σ与局部相邻零点时间差均值的标准方差Sn之间的关系函数f(Sn)，其中σ＝f(Sn)，将步骤(2)中求得的所述标准方差Sn代入所述关系函数f(Sn)中，以计算出所述应力σ。

【技术特征摘要】
1.一种超声检测结构永存应力的方法，所述方法用于检测由各向同性材料形成的结构处于单向应力受载状态时的应力值，其特征在于，所述方法包括：步骤(1)，向所述结构发送一超声波，并接收透射穿过所述结构的超声波，同时记录所述透射的超声波对应的波束曲线；步骤(2)，基于所述波束曲线，以时间先后顺序的方式提取所述波束曲线在曲线零点处对应的若干零点时间点ti，其中i＝1、2、…、n，并以此求得出局部相邻零点时间差均值的标准方差Sn；步骤(3)，获取所述应力σ与局部相邻零点时间差均值的标准方差Sn之间的关系函数f(Sn)，其中σ＝f(Sn)，将步骤(2)中求得的所述标准方差Sn代入所述关系函数f(Sn)中，以计算出所述应力σ。2.如权利要求1所述的超声检测结构永存应力的方法，其特征在于：在步骤(2)中，以时间先后顺序的方式提取所述波束曲线在曲线零点处对应的若干时间点具体包括，当接收到所述透射的超声波后，记录所述波束曲线在预设时间范围内的曲线形状、并将所述波束曲线某一曲线零点对应的时间点为初始零点时间点t1，随后以所述初始零点时间点t1向后推移顺序连续地提取n-1个零点时间点，以组成所述若干零点时间点ti。3.如权利要求1所述的超声检测结构永存应力的方法，其特征在于：在步骤(2)中，计算所述标准方差Sn具体包括先计算关于所述若干零点时间点ti的局部相邻零点时间差均值ΔTik和相邻两点时间差整体均值ΔTn，再根据下面公式(1)计算获得所述标准方差Sn，4.如权利要求3所述的超声检测结构永存应力的方法，其特征在于：在步骤(2)中，计算所述局部相邻零点时间差均值ΔTik具体包括先基于所述若干零点时间点ti计算出对应的若干相邻零点时间差Δti＝ti+1-ti，其中i＝1、2、…、n，再根据下面公式(2)计算获得所述局部相邻零点时间差均值ΔTik，其中1≤k≤n。5.如权利要求3所述的超声检测结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张劲泉，郑康琳，王陶，樊平，王磊，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11