服役构件的疲劳寿命测定方法及疲劳寿命测定系统技术方案

本发明专利技术公开了服役构件的疲劳寿命测定方法及疲劳寿命测定系统，对服役构件，发射基频和二倍频相速度匹配的非线性超声导波；采集服役构件在当前接收到的信号，计算当前第一非线性参量；若第一非线性参量与第一非线性超声标定曲线存在唯一交点，则确定其对应的服役构件剩余疲劳寿命；若存在两个交点，则发射基频和二倍频相速度失配的非线性超声导波；采集服役构件在当前接收到的信号，计算当前第二非线性参量；若第二非线性参量与第二非线性超声标定曲线的交点与第一非线性参量与第一非线性超声标定曲线的交点对应的剩余疲劳寿命相同，则相同的剩余疲劳寿命确定为服役构件的剩余疲劳寿命

【技术实现步骤摘要】
服役构件的疲劳寿命测定方法及疲劳寿命测定系统


[0001]本专利技术涉及服役构件的疲劳寿命测定方法及采用了该方法的疲劳寿命测定系统，属于机械构件疲劳疲劳寿命测定领域
。

技术介绍

[0002]疲劳损伤是工程机械领域零部件的主要失效模式之一
。
研究发现，在役构件
90
％以上的失效是由疲劳裂纹引起的
。
因此，定期检测和评估构件的性能退化对于避免工程零部件的灾难性失效是非常重要的
。
[0003]目前对机械结构件疲劳寿命预测的方法主要有：名义应力法
、
局部应力应变法
、
断裂力学法等
。
目前对寿命预测方法可以建立结构件的应力
、
应变或裂纹与疲劳寿命之间的预测模型
。
但是上述方法仅针对结构的单一工况，且无法考虑服役过程中的结构工况的动态变化，无法满足构件服役过程中在线估计性能退化和剩余使用寿命要求
。
[0004]无损检测方法因其可以在设备不停机且不破坏结构完整性的情况下对构件进行检测而广泛应用，传统的无损检测方法仅适用于宏观疲劳裂纹的检测，无法对构件早期疲劳损伤的积累和微裂纹的形核和扩展进行有效检测
。
研究发现，疲劳裂纹的萌生通常发生在疲劳寿命的
70
％
‑
90
％之前，及时有效的对服役构件的疲劳损伤程度和剩余寿命进行评价对避免服役构件故障至关重要
。
[0005]非线性超声因其对微损伤
/
微裂纹敏感的特点而被应用于材料疲劳损伤的早期检测
。
研究发现，在疲劳损伤的早中期由于位错和析出相的积累，微裂纹的成核导致非线性效应增强，非线性参量随疲劳寿命的增加而增加；但是，在疲劳损伤的后期，由于裂纹的扩展导致非线性减弱，非线性参量随疲劳寿命的增加而减小
。
这使得测量得到的非线性参量与疲劳寿命的定标曲线呈“山”状，中后期测量得到的一个非线性参量对应了两个疲劳寿命分数，现有技术不能根据两个疲劳寿命分数确定疲劳损伤的后期服役构件的剩余疲劳寿命，导致此类应用非线性超在疲劳损伤中的检测方法分辨率不高
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供服役构件的疲劳寿命测定方法及疲劳寿命测定系统，能够测定疲劳损伤的后期服役构件的剩余疲劳寿命
。
[0007]本专利技术采用以下技术方案
。
[0008]第一方面，本专利技术提供服役构件的疲劳寿命测定方法，包括：
[0009]对服役构件，发射基频和二倍频相速度匹配的非线性超声导波；采集服役构件在当前接收到的信号，计算当前第一非线性参量；
[0010]若第一非线性参量与第一非线性超声标定曲线存在唯一交点，则根据这个交点确定其对应的服役构件剩余疲劳寿命；
[0011]若第一非线性参量与第一非线性超声标定曲线存在两个交点，则发射基频和二倍频相速度失配的非线性超声导波；采集服役构件在当前接收到的信号，计算当前第二非线
性参量；若第二非线性参量与第二非线性超声标定曲线的交点与第一非线性参量与第一非线性超声标定曲线的交点对应的剩余疲劳寿命相同，则相同的剩余疲劳寿命确定为服役构件的剩余疲劳寿命
。
[0012]进一步地，所述第一非线性超声标定曲线表示基频和二倍频相速度匹配的激发条件下服役构件疲劳损伤全寿命周期与非线性参量的关系；所述第二非线性超声标定曲线表示基频和二倍频相速度失配的激发条件下，服役构件疲劳损伤全寿命周期与非线性参量的关系
。
[0013]进一步地疲劳损伤全寿命周期用间隔等距的疲劳寿命分数表示
。
[0014]进一步地，第一非线性参量和第二非线性参量的计算表示如下：
[0015][0016]其中
β
为非线性参量，
A2为服役构件接收到的二倍频信号的幅值，
A1为服役构件接收到的基频信号的幅值
。
[0017]进一步地，基频和二倍频相速度匹配的判断方法如下
:
[0018]计算相速度匹配程度为：其中，和分别为基频
ω
和二倍频2ω
的相速度；
[0019]基频和二倍频相速度匹配的条件为：
D
小于等于预设值；
[0020]基频和二倍频相速度失配的条件为：
D
大于预设值
。
[0021]第二方面，本专利技术提供了服役构件的疲劳寿命测定系统，包括：信号发生器
、
功率放大器
、
激发换能器
、
第一斜块
、
第二斜块
、
接收换能器
、
示波器和测定控制模块；
[0022]所述信号发生器，用于对服役构件，发射基频和二倍频相速度匹配的非线性超声导波，或发射基频和二倍频相速度失配的非线性超声导波；
[0023]所述功率放大器，用于放大所述非线性超声导波；
[0024]所述激发换能器，用于根据非线性超声导波激励待测的服役构件；
[0025]所述接收换能器用于接收服役构件在设定激发条件下接收到的信号；
[0026]所述示波器用于显示和存储服役构件接收到的信号；
[0027]所述第一斜块和第二斜块分别用于调整激发换能器
、
接收换能器超声导波的激发角度；
[0028]所述测定控制模块，用于根据示波器中存储的服役构件在发射基频和二倍频相速度匹配的非线性超声导波激发条件下接收到的信号，计算当前第一非线性参量；
[0029]若第一非线性参量与第一非线性超声标定曲线存在唯一交点，则根据这个交点确定其对应的服役构件剩余疲劳寿命；
[0030]若第一非线性参量与第一非线性超声标定曲线存在两个交点，则获取示波器采集到的服役构建在发射基频和二倍频相速度失配的非线性超声导波激发条件下接收到的信号，计算当前第二非线性参量；若第二非线性参量与第二非线性超声标定曲线的交点与第一非线性参量与第一非线性超声标定曲线的交点对应的剩余疲劳寿命相同，则相同的剩余疲劳寿命确定为服役构件的剩余疲劳寿命
。
[0031]进一步地，超声导波的激发角度的计算方法如下：
[0032]sin
θ
＝
c
wedge
‑
L
/c
(f
，
l)
[0033]其中
θ
为超声导波的激发角度，
c
wedge
‑
L
为斜块材料的体纵波声速，
c
(f,l)
是待激发的频率为
f
的
l
模式基频兰姆波的相速度
。
[0034]进一步地，第一斜块和第二斜块采用有机玻璃材料
。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
服役构件的疲劳寿命测定方法，其特征在于，包括：对服役构件，发射基频和二倍频相速度匹配的非线性超声导波；采集服役构件在当前接收到的信号，计算当前第一非线性参量；若第一非线性参量与第一非线性超声标定曲线存在唯一交点，则根据这个交点确定其对应的服役构件剩余疲劳寿命；若第一非线性参量与第一非线性超声标定曲线存在两个交点，则发射基频和二倍频相速度失配的非线性超声导波；采集服役构件在当前接收到的信号，计算当前第二非线性参量；若第二非线性参量与第二非线性超声标定曲线的交点与第一非线性参量与第一非线性超声标定曲线的交点对应的剩余疲劳寿命相同，则相同的剩余疲劳寿命确定为服役构件的剩余疲劳寿命
。2.
根据权利要求1所述的服役构件的疲劳寿命测定方法，其特征在于，所述第一非线性超声标定曲线表示基频和二倍频相速度匹配的激发条件下服役构件疲劳损伤全寿命周期与非线性参量的关系；所述第二非线性超声标定曲线表示基频和二倍频相速度失配的激发条件下，服役构件疲劳损伤全寿命周期与非线性参量的关系
。3.
根据权利要求1所述的服役构件的疲劳寿命测定方法，其特征在于，疲劳损伤全寿命周期用间隔等距的疲劳寿命分数表示
。4.
根据权利要求1所述的服役构件的疲劳寿命测定方法，其特征在于，第一非线性参量和第二非线性参量的计算表示如下：其中
β
为非线性参量，
A2为服役构件接收到的二倍频信号的幅值，
A1为服役构件接收到的基频信号的幅值
。5.
根据权利要求1所述的服役构件的疲劳寿命测定方法，其特征在于，基频和二倍频相速度匹配的判断方法如下
:
计算相速度匹配程度为：其中，和分别为基频
ω
和二倍频2ω
的相速度；基频和二倍频相速度匹配的条件为：
D
小于等于预设值；基频和二倍频相速度失配的条件为：
D
大于预设值
。6.
服役构件的疲劳寿命测定系统，其特征在于，包括：信号发生器
、
功率放大器
、
激发换能器
、
第一斜块
、
第二斜块
、
接收换能器
、
示波器和测定控制模块；所述信号发生器，用于对服役构件，发射基频和二倍频相速度匹配的非线性超声导波，或发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾攀，项延训，郭宇，
申请(专利权)人：江苏徐工国重实验室科技有限公司，
类型：发明
国别省市：