【技术实现步骤摘要】
试件厚度未知情况的平面应力测量系统及其测量方法
[0001]本专利技术涉及一种试件厚度未知情况的平面应力测量系统及其测量方法，属于材料的无损检测
技术介绍
[0002]金属产品在轧制、焊接、地表运动等内外部因素的作用下，会发生局部应力集中。应力集中不仅会导致有害形变，还会影响产品的刚度与稳定性，使其疲劳强度、抗应力腐蚀开裂能力和寿命降低。因此，测量金属产品的受力情况，评估其健康状态，对降低断裂、爆炸等重大安全事故发生率具有重要意义。
[0003]采用超声波法测量应力是基于声弹性效应，通过应力对超声波波速的影响来测量应力。现有专利中提出了两种采用超声波测量应力的方法：CN105158342A，一种超声水浸无损评价残余应力的方法，该方法需要将被测试件浸泡在水中，用水做超声波耦合剂，容易造成材料生锈，且很难应用于管道等正在服役中的试件；CN111307351A，一种电磁超声仪测量残余应力的方法，该方法无法在厚度未知情况下对应力进行测量，这在实际应用中具有极大的不便。
[0004]在CN111307351A...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.试件厚度未知情况的平面应力测量系统，其特征在于，它包括电磁超声横纵波换能器、发射电路阵列、接收电路阵列、采集电路阵列、控制电路和上位机；发射电路阵列驱动电磁超声横纵波换能器发出超声横波和超声纵波，接收电路阵列将电磁超声横纵波换能器接收到的回波信号进行调理后传输至采集电路阵列，采集电路阵列通过模数转换将超声回波信号转换为数字信号，并将该数字信号通过控制电路传输至上位机，上位机根据超声回波的数字信号计算应力，并对数据和波形进行显示；电磁超声横纵波换能器包括永磁体(1)、正交蝶形线圈(2)、螺旋线圈(3)和外壳(4)；永磁体(1)、正交蝶形线圈(2)和螺旋线圈(3)由上至下依次叠合，且三者的轴向中心线重合；外壳(4)设置在永磁体(1)、正交蝶形线圈(2)和螺旋线圈(3)的外部；正交蝶形线圈由两组蝶形线圈正交重叠组合，两组蝶形线圈分别激发传播方向为厚度方向、且偏振方向相互垂直的横波；正交蝶形线圈(2)在径向上的长度大于永磁体(1)直径，且能够激发偏振方向垂直于轴线横波的线圈区域置于永磁体(1)的正下方；螺旋线圈(3)用于激发沿厚度方向传播的纵波。2.根据权利要求1所述的试件厚度未知情况的平面应力测量系统，其特征在于，所述正交蝶形线圈(2)在径向上的长度大于永磁体(1)直径，二者的差大于等于1cm。3.根据权利要求1或2所述的试件厚度未知情况的平面应力测量系统，其特征在于，所述永磁体(1)为圆柱体结构，沿厚度方向充磁。4.根据权利要求1所述的试件厚度未知情况的平面应力测量系统，其特征在于，所述上位机显示的数据包括：超声回波的数字信号和计算获取的应力值。5.试件厚度未知情况的平面应力测量系统的测量方法，该测量方法基于权利要求1所述的试件厚度未知情况的平面应力测量系统实现，其特征在于，该测量方法包括：S1、加工与待测试件材料相同的十字形标定试块；S2、采用平面应力测量系统对十字形标定试块进行测量，获得该材料的实验标定数据；所述实验标定数据包括：该材料固有的各向异性系数α、与材料固有各向异性系数相关的常量f(α)、横波声弹性特征量对平行于轧制方向应力的声弹性系数C
A1
、横纵波声弹性特征量对平行于轧制方向应力的声弹性系数C
B1
、横波声弹性特征量对垂直于轧制方向应力的声弹性系数C
A2
和横纵波声弹性特征量对垂直于轧制方向应力的声弹性系数C
B2
；S3、采用平面应力测量系统对待测试件进行测量，将电磁超声横纵波换能器吸附在待测试件上，并使正交蝶形线圈(2)的轴向方向与待测试件轧制方向重合，获取T
1T
、T
2T
和T
L
，T
1T
表示偏振方向沿x1轴、传播方向沿x3轴的横波声时，T
2T
表示偏振方向沿x2轴，传播方向沿x3轴的横波声时，T
L
表示偏振方向和传播方向均为沿x3轴的纵波声时；S4、上位机根据数据库中存储的该材料实验标定数据和S3获取的T
1T
、T
2T
和T
L
，依据下式计算获得平行于轧制方向上的应力σ1和垂直于轧制方向上的应力σ2：
6.根据权利要求5所述的试件厚度未知情况的平面应力测量系统的测量方法，其特征在于，S1所述加工与待测试...
【专利技术属性】
技术研发人员：王淑娟，钱孜洋，李展鹏，李国政，岳建新，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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