一种残余应力检测系统及方法技术方案

本公开提供了一种残余应力检测系统及方法。所述系统包括：脉冲信号源，用于产生第一电信号；壳体，一端具有开口，待测件的预定检测区域覆盖于所述壳体的开口处，所述壳体上开设有通孔，探头，与所述脉冲信号源相连，所述探头通过所述通孔伸入所述壳体内，所述探头用于在所述第一电信号的激励下，向所述待测件的预定检测区域发射超声波，并接收经所述待测件反射回的超声波，以及将所述反射回的超声波转换为第二电信号；信号处理装置，与所述探头相连，用于根据所述第一电信号与所述第二电信号的时间差，确定所述待测件在所述预定检测区域的残余应力。本公开可以提高残余应力检测效率并维护结构的安全性。

A residual stress detection system and method

【技术实现步骤摘要】
一种残余应力检测系统及方法
本公开涉及盾构隧道测试
，特别涉及一种残余应力检测系统及方法。
技术介绍
近年来，盾构隧道逐渐朝着大埋深、长距离和断面多样化等方向发展，在复杂地形的地下交通和地下综合管廊等重大基础设施施工和应用中具有一定优势。目前，既适用于高水压、大土压等复杂条件，也适用于断面多样化的盾构隧道复合管片已被研发出来，例如球墨铸铁复合管片和钢混复合管片。钢混复合管片由6面钢板焊接形成密闭腔体，之后向腔内压注混凝土，此外，面板上还需要焊接剪力键，焊接制作加工过程中，钢板局部会受到焊接高温的作用，高温带来的不均匀温度场导致构件内产生比普通钢结构更严重的应力重分布，从而引起较大的残余应力，影响结构的安全性；同时，地铁运营过程中，列车产生的振动等也会对残余应力产生影响，形成不同程度的应力集中或者应力重分布，从而降低结构的安全系数。可以看出，对复合管片钢构件残余应力水平的快速、高效、无损害检测，对于残余应力的消除、结构的维护与加固等有重要的安全保障。目前，钢材残余应力的检测方法主要分为破损方法和非破损方法。破损方法主要包括有盲孔法、切条法、剖分法等。非破损方法主要包括磁测法、X射线衍射法、压痕应变法等。但是上述方法仍存在以下不足：破坏方法需要对构件进行钻孔、切条等，需要对测试区域贴应变花，之后进行打孔，释放应变花附近区域的应力，进而采集区域内的残余应力。因此，此种方法对构件的完整度有破坏作用，若将其运用到盾构隧道复合管片钢构件残余应力的检测，不仅会对构件的承载力、刚度等产生不利影响，同时也会耗费大量的人力、物力、财力等，效率极其低下。在非破坏方法中，利用x射线对残余应力的测试只能测试几十个微米厚度，不能满足管片钢材厚度的要求；其他的方法较为繁琐，测量仪器笨重，不适用于盾构隧道的应用。可见上述检测方法均存在诸多缺陷，例如耗费人力、效率低、并且对构件的完整度有破坏作用，不适用于隧道工程。因此，亟需一种残余应力检测系统及方法，以提高残余应力检测效率并维护结构的安全性。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种残余应力检测系统及方法，以提高残余应力检测效率并维护结构的安全性。为实现上述目的，本公开实施例提供一种残余应力检测系统，所述系统包括：脉冲信号源，用于产生电信号；壳体，一端具有开口，待测件的预定检测区域覆盖于所述壳体的开口处，所述壳体上开设有通孔；探头，与所述脉冲信号源相连，所述探头通过所述通孔伸入所述壳体内，所述探头用于在所述脉冲信号源产生的电信号的激励下，向所述待测件的预定检测区域发射超声波，并将所述待测件反射回的超声波转换为电信号；信号处理装置，与所述探头相连，用于根据所述脉冲信号源产生电信号的时间与所述探头将所述待测件反射回的超声波转换为电信号的时间的时间差，确定所述待测件在所述预定检测区域的残余应力。此外，利用上述残余应力检测系统，本公开实施例还提供一种残余应力检测方法，所述方法包括：预先获取与待测件相同材料及厚度的标准件；在所述标准件处于零应力的情况下，进行声弹性系数标定，并利用所述残余应力检测系统向所述标准件发射超声波，以确定脉冲信号源产生电信号的时间与探头将所述标准件反射回的超声波转换为电信号的时间的第一时间差；利用所述残余应力检测系统向所述待测件的预定检测区域发射超声波，以确定脉冲信号源产生电信号的时间与探头将所述待测件反射回的超声波转换为电信号的时间的第二时间差；根据所述声弹性系数、所述第一时间差以及所述第二时间差，确定所述待测件在所述预定检测区域的残余应力。由以上本公开实施例提供的技术方案可见，本公开提供的检测系统可以通过发射超声波对待测件的残余应力进行检测，不会对待测件进行损伤，并且检测系统可以安装于滑动式轨道上，通过滑动式轨道实现检测系统的移动，从而对待测件的不同位置处的残余应力进行检测，节省了人力，提高了残余应力的检测效率。附图说明图1是本公开实施例提供的一种残余应力检测系统的示意图；图2是本公开实施例提供的一种残余应力检测方法的流程图；图3是本公开实施例提供的一种残余应力检测原理示意图；图4是利用图1所示的残余应力检测系统对盾构隧道钢混复合管片的残余应力进行检测的示意图；图5是利用超声波探测盾构隧道钢混复合管片的内钢板的示意图。附图标记说明：1-残余应力检测系统；2-滑动式轨道；3-复合管片外钢板；4-复合管片内钢板；5-复合管片内部填充混凝土；6-壳体；7-信号处理装置；8-数据存储装置；9-脉冲信号源；10-探头；11-折射装置；12-耦合剂填充装置。具体实施方式本公开实施例提供一种残余应力检测系统及方法。为了使本
的人员更好地理解本公开中的技术方案，下面将结合本公开实施方式中的附图，对本公开实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都应当属于本公开保护的范围。结合图1，本公开实施方式中提供一种残余应力检测系统1，可以包括：脉冲信号源9，用于产生电信号；壳体6，一端具有开口，待测件的预定检测区域覆盖于所述壳体6的开口处，所述壳体6上开设有通孔；探头10，与所述脉冲信号源9相连，所述探头10通过所述通孔伸入所述壳体6内，所述探头10用于在所述脉冲信号源9产生的电信号的激励下，向所述待测件的预定检测区域发射超声波，并将所述待测件反射回的超声波转换为电信号；信号处理装置7，与所述探头10相连，用于根据所述脉冲信号源9产生电信号的时间与所述探头10将所述待测件反射回的超声波转换为电信号的时间的时间差，确定所述待测件在所述预定检测区域的残余应力。在本实施方式中，脉冲信号源9可以产生电振荡，并加于探头10，激励探头10发射超声波。在本实施方式中，壳体6可以采用非导磁材料。在本实施方式中，探头10可以具有多个自由度，以调整超声波的发射角度或接收角度。在一些实施方式中，所述系统还可以包括折射装置11，位于所述壳体内，用于折射所述探头发射的超声波。具体的，该折射装置11可以是有机玻璃楔块，超声波可以第一临界入射角射入有机玻璃楔块，并经有机玻璃楔块折射后，以第一临界折射纵波射入所述待测件的预定检测区域。其中，第一临界入射角射入有机玻璃楔块后，折射角等于90度，第一临界折射纵波的传播速度快、衰减较小，对应力较为敏感，同时第一临界折射纵波的穿透能力强，对于大多数介质，有较强的穿透能力，对于一些金属材料的穿透程度甚至可达数米。在一些实施方式中，所述系统还可以包括耦合剂填充装置12，位于所述壳体6内，用于将耦合剂填充于所述待测件与所述壳体6相接触位置的间隙，通过耦合剂填充待测件与壳体6之间存在的空气间隙，使得超声波能够传入待测件，不产生损耗和削弱。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种残余应力检测系统，其特征在于，包括：/n脉冲信号源，用于产生电信号；/n壳体，一端具有开口，待测件的预定检测区域覆盖于所述壳体的开口处，所述壳体上开设有通孔；/n探头，与所述脉冲信号源相连，所述探头通过所述通孔伸入所述壳体内，所述探头用于在所述脉冲信号源产生的电信号的激励下，向所述待测件的预定检测区域发射超声波，并将所述待测件反射回的超声波转换为电信号；/n信号处理装置，与所述探头相连，用于根据所述脉冲信号源产生电信号的时间与所述探头将所述待测件反射回的超声波转换为电信号的时间的时间差，确定所述待测件在所述预定检测区域的残余应力。/n

【技术特征摘要】
1.一种残余应力检测系统，其特征在于，包括：
脉冲信号源，用于产生电信号；
壳体，一端具有开口，待测件的预定检测区域覆盖于所述壳体的开口处，所述壳体上开设有通孔；
探头，与所述脉冲信号源相连，所述探头通过所述通孔伸入所述壳体内，所述探头用于在所述脉冲信号源产生的电信号的激励下，向所述待测件的预定检测区域发射超声波，并将所述待测件反射回的超声波转换为电信号；
信号处理装置，与所述探头相连，用于根据所述脉冲信号源产生电信号的时间与所述探头将所述待测件反射回的超声波转换为电信号的时间的时间差，确定所述待测件在所述预定检测区域的残余应力。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
折射装置，位于所述壳体内，用于折射所述探头发射的超声波。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
耦合剂填充装置，位于所述壳体内，用于将耦合剂填充于所述待测件与所述壳体相接触位置的间隙。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
数据存储装置，与所述信号处理装置相连，用于存储所述信号处理装置计算得到的所述残余应力。


5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
滑动式轨道，用于固定所述系统，并使所述系统沿所述轨道的路径进行移动。


6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探头具有多个自由度，以调整所述超声波的发射角度或接收角度。


7.一种利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：张稳军，王祎，上官丹丹，张高乐，来涛涛，曹文振，王博达，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12