【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料无损检测，特别是一种不同方向作用力对材料表面裂纹壁接触程度影响的定性检测系统及方法。
技术介绍
1、裂纹检测是无损检测的一个重要方面，超声裂纹检测技术是裂纹检测方向的热点之一。声波在材料中传播时会受到材料的密度、弹性模量等因素的影响。当声波遇到材料表面的微裂纹时，其传播特性会发生变化，微裂纹通常会导致声波的散射和吸收，从而产生与无裂纹区域不同的声学响应。
2、微裂纹对声波的相互作用主要是通过弹性波的散射和能量的耗散来实现的。当声波通过微裂纹时，裂纹的存在会导致声波的散射，使得部分声能沿不同的路径传播或返回到源点。此外，微裂纹还会引起声波的能量耗散，由于裂纹周围的应力集中效应，声波在微裂纹附近会发生局部能量耗散，导致声波振幅的衰减，这种能量耗散可以通过检测声波的幅度衰减来间接反映微裂纹的存在和性质。
3、材料表面裂纹在受到剪切方向力时，会产生一系列变形效应。当裂纹受到的剪切方向力不超过材料的剪切强度时，裂纹可能会沿着剪切方向部分或全部关闭，这种闭合可以阻止裂纹的进一步扩展，但裂纹仍然存在。
4、对于含有晶粒和晶粒间接触的材料表面裂纹，剪切方向载荷在许多物理应用上是比法向应力加载更敏感的材料评估方法，裂纹受到的水平剪切声载荷对裂纹状态非常敏感，因为它在很大程度上受来自裂纹相对面的表面突起之间的接触控制。
5、在进行激光超声裂纹检测时，裂纹在载荷调制下的运动是整个检测技术的核心，而这一裂纹被调制产生闭合-张开动作的过程具有内在不稳定性，进一步细致分析裂纹壁的结构接触在裂
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种不同方向作用力对材料表面裂纹壁接触程度影响的定性检测方法。本专利技术采用加载剪切方向力的原理，即通过施加横向动态载荷，使得裂纹面间的突起产生相对接触，从而改变了裂纹壁的接触状态，从而实现对裂纹是否存在的检测和受到不同方向作用力时两裂纹壁接触情况的检测。本专利技术将法向接触和切向接触整合起来，从多尺度定性检测材料表面裂纹壁的接触情况。
2、本专利技术通过对材料表面裂纹施加剪切方向力，可以模拟材料在现实应用中可能承受的力加载情况，剪切试验可以用于评估材料的断裂韧性。通过控制剪切方向作用力和垂直方向作用力，并观察过程中各模态透射信号的变化可以评估在受到不同方向作用力时裂纹壁的接触情况。
3、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种不同方向作用力对材料表面裂纹壁接触程度影响的定性检测方法，所述方法包括：
4、步骤1，在样品的表面裂纹一侧激发超声掠面纵波和表面波在样品表面传播；所述样品放置在检测台上，所述检测台可旋转；
5、步骤2，所述超声掠面纵波和表面波传播至表面裂纹后形成透射声波信号，并传播至样品的表面裂纹的另一侧；所述透射声波信号包括透射掠面纵波、模式转换波或透射表面波；
6、步骤3，探测所述透射声波信号；
7、步骤4，判断模式转换波是否存在，若存在，表明样品表面确实存在裂纹，执行下一步，否则表明样品表面不存在裂纹，结束整个过程；
8、步骤5，通过检测台带动所述样品旋转，使所述超声掠面纵波和表面波以不同角度斜入射表面裂纹，入射角度从0°变化到180°，步长自定义设置，记录每个不同入射角度下透射掠面纵波、模式转换波和透射表面波的幅值形成幅值曲线；
9、步骤6，通过透射掠面纵波、模式转换波和透射表面波的幅值变化判定不同方向作用力对样品表面裂纹壁接触效果的影响，包括：
10、(1)所述透射掠面纵波幅值的波峰对应的入射角度，即对应着使得样品表面裂纹壁连接最紧密的力的作用方向；所述透射掠面纵波幅值的波谷对应的入射角度，即对应着使得样品表面裂纹壁连接最弱的力的作用方向；
11、(2)所述透射表面波幅值的波峰对应的入射角度，即对应着使得样品表面裂纹壁连接最紧密的力的作用方向；所述透射表面波幅值的波谷对应的入射角度，即对应着使得样品表面裂纹壁连接最弱的力的作用方向；
12、(3)所述模式转换波幅值的波谷对应的入射角度，即对应着使得样品表面裂纹壁连接最紧密的力的作用方向；所述模式转换波的波峰对应的入射角度，即对应着使得样品表面裂纹壁连接最弱的力的作用方向。
13、进一步地，所述方法还包括：
14、步骤2之后执行：调节检测台本身和样品，使得检测台在旋转过程中裂纹中心点与旋转台中心点在垂直方向上重合。
15、进一步地，所述调节检测台本身和样品，还需使得激发点，裂纹中心点和探测点三点共线；所述激发点为在样品表面激发出所述超声掠面纵波和表面波的一个点；所述探测点为样品表面上探测所述透射掠面纵波、模式转换波和透射表面波的位置点。
16、进一步地，检测过程中所述激发点到裂纹中心点的距离与探测点到裂纹中心点的距离相等。
17、进一步地，检测过程中所述裂纹中心点到样品边缘的最短垂直距离大于激发点或探测点到裂纹中心点的距离。
18、进一步地，调节检测台的位置时，分别选取裂纹中心点位于整条裂纹的起始端、中部和末端位置处进行三组测验。
19、另一方面，提供了一种不同方向作用力对材料表面裂纹壁接触程度影响的定性检测系统，所述系统包括声信号激发模块、声信号透射裂纹方向调节模块和透射声信号探测模块；
20、所述声信号激发模块，用于在样品表面裂纹一侧激发出声信号，即掠面纵波和表面波；
21、所述声信号透射裂纹方向调节模块，用于放置样品并调节掠面纵波和表面波透射过裂纹的方向；
22、所述透射声信号探测模块，用于在样品表面裂纹另一侧探测透射过裂纹的声信号，包括透射掠面纵波、模式转换波、透射表面波。
23、进一步地，所述声信号激发模块包括沿光轴依次设置的激光器、第一反射镜和第一凸透镜；所述激光器发射出脉冲激光先经第一反射镜反射，之后再经第一凸透镜聚焦形成圆点光源辐照在固定于声信号透射裂纹方向调节模块上的样品表面裂纹一侧，产生超声掠面纵波和表面波，所述超声掠面纵波和表面波在样品表面传播。
24、进一步地，所述声信号透射裂纹方向调节模块包括样品、第一组平移台、旋转台、第二组平移台，所述第一组平移台和第二组平移台均包括两个位移方向互相垂直的平移台，旋转台上下分别放置第一组平移台和第二组平移台，调节两组平移台位置使得在旋转台旋转过程中裂纹中心点与旋转台中心点在垂直方向上重合，且裂纹中心点、声信本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种不同方向作用力对材料表面裂纹壁接触程度影响的定性检测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的定性检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求2所述的定性检测方法，其特征在于，所述调节检测台本身和样品，还需使得激发点，裂纹中心点和探测点三点共线；所述激发点为在样品表面激发出所述超声掠面纵波和表面波的一个点；所述探测点为样品表面上探测所述透射掠面纵波、模式转换波和透射表面波的位置点。
4.根据权利要求3所述的定性检测方法，其特征在于，检测过程中所述激发点到裂纹中心点的距离与探测点到裂纹中心点的距离相等。
5.根据权利要求3所述的定性检测方法，其特征在于，检测过程中所述裂纹中心点到样品边缘的最短垂直距离大于激发点或探测点到裂纹中心点的距离。
6.根据权利要求1所述的定性检测方法，其特征在于，调节检测台的位置时，分别选取裂纹中心点位于整条裂纹的起始端、中部和末端位置处进行三组测验。
7.实现权利要求1至6任意一项所述方法的不同方向作用力对材料表面裂纹壁接触程度影响的定性检测系统，
8.根据权利要求7所述的定性检测系统，其特征在于，所述声信号激发模块包括沿光轴依次设置的激光器(1)、第一反射镜(2)和第一凸透镜(3)；所述激光器(1)发射出脉冲激光先经第一反射镜(2)反射，之后再经第一凸透镜(3)聚焦形成圆点光源辐照在固定于声信号透射裂纹方向调节模块上的样品表面裂纹一侧，产生超声掠面纵波和表面波，所述超声掠面纵波和表面波在样品表面传播。
9.根据权利要求8所述的定性检测系统，其特征在于，所述声信号透射裂纹方向调节模块包括样品(7)、第一组平移台(5)、旋转台(6)、第二组平移台(9)，所述第一组平移台(5)和第二组平移台(9)均包括两个位移方向互相垂直的平移台，旋转台(6)上下分别放置第一组平移台(5)和第二组平移台(9)，调节两组平移台位置使得在旋转台旋转过程中裂纹中心点与旋转台中心点在垂直方向上重合，且裂纹中心点、声信号激发点和透射声信号探测点三点共线。
10.根据权利要求9所述的定性检测系统，其特征在于，所述透射声信号探测模块包括沿光轴依次设置的激光器(10)、1/4波长波片(12)、第二反射镜(15)、偏振分光棱镜(14)、1/4波长波片(13)、分束器(16)、第二凸透镜(17)和平衡探测接收器(18)；所述激光器(10)发射出连续激光，激光先经过1/4波长波片(12)，后经过第二反射镜(15)，反射光经偏振分光棱镜(14)后经过1/4波长波片(13)，再经过凸透镜(3)聚焦，焦点位于样品表面裂纹另一侧的圆点上，探测光经过样品(7)表面反射后再经过凸透镜(3)、1/4波长波片(13)、偏振分光棱镜(14)返回到分束器(16)，所述分束器(16)将反射回来的探测光分成两束强度相等的光，两束光经第二凸透镜(17)聚焦后分别辐照在平衡接收器(18)的两端口，焦点分别落在平衡接收器的两个光敏面上，外部计算机采集平衡接收器的信息进行后续分析处理，检测到的信号由前置放大器放大后输入数字示波器。
...【技术特征摘要】
1.一种不同方向作用力对材料表面裂纹壁接触程度影响的定性检测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的定性检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求2所述的定性检测方法，其特征在于，所述调节检测台本身和样品，还需使得激发点，裂纹中心点和探测点三点共线；所述激发点为在样品表面激发出所述超声掠面纵波和表面波的一个点；所述探测点为样品表面上探测所述透射掠面纵波、模式转换波和透射表面波的位置点。
4.根据权利要求3所述的定性检测方法，其特征在于，检测过程中所述激发点到裂纹中心点的距离与探测点到裂纹中心点的距离相等。
5.根据权利要求3所述的定性检测方法，其特征在于，检测过程中所述裂纹中心点到样品边缘的最短垂直距离大于激发点或探测点到裂纹中心点的距离。
6.根据权利要求1所述的定性检测方法，其特征在于，调节检测台的位置时，分别选取裂纹中心点位于整条裂纹的起始端、中部和末端位置处进行三组测验。
7.实现权利要求1至6任意一项所述方法的不同方向作用力对材料表面裂纹壁接触程度影响的定性检测系统，其特征在于，所述系统包括声信号激发模块、声信号透射裂纹方向调节模块和透射声信号探测模块；
8.根据权利要求7所述的定性检测系统，其特征在于，所述声信号激发模块包括沿光轴依次设置的激光器(1)、第一反射镜(2)和第一凸透镜(3)；所述激光器(1)发射出脉冲激光先经第一反射镜(2)反射，之后再经第一凸透镜(3)聚焦形成圆点光源辐照在固定于声信号透射裂纹方向调节模块上的样品表面...
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