【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钢构件应力检测领域，尤其涉及一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统及方法。
技术介绍
1、建筑钢材以其强度高、塑性与韧性好、装配性良好等优点，在建筑和桥梁工程中广泛使用，尤其是高层钢结构和大跨结构多以钢构件作为主要承力构件。作为钢结构中的重要构件，曲面钢构件的安全性能对整个结构的建造、使用和维护有重要作用。曲面钢构件在环境侵蚀、疲劳荷载和自然灾害等作用下，其内部可能因为局部变形或损伤而产生应力重分布，检测曲面钢构件内部的应力，可以高效精准地找到曲面钢构件内部的损伤，并采取相应的预防措施，避免事故的发生。因此，曲面钢结构的内部应力信息是评估结构安全状态的重要指标，需要掌握在役曲面钢结构内部应力状态的检测技术。
2、当前，为了掌握钢构件的应力状态和力学性能，常见的是通过对钢构件绝对应力进行检测，检测构件应力集中处和损伤处。
3、现有的应力无损检测方法有应变计法、光纤光栅法、x射线法、中子衍射法、磁性法和超声波法等。其中，应变计法、光纤光栅法、x射线法、中子衍射法和磁性法等，由于只能测量钢构件一段时间内的应力变化量，或设备复杂昂贵且造成射线污染，或受被测钢构件材料的晶粒尺寸、微观裂纹、空隙、含碳量和环境电磁噪声等多因素限制等种种原因，存在检测精度低、适用场景有限、成本高等缺陷。
4、而超声波应力检测技术尤其是临界折射纵波，因其对应力的敏感性高、信号稳定性好、且不受结构几何尺寸影响等优点广泛应用。然而，现有的超声应力检测方法主要检测平面钢构件的绝对应力，无法直接应用于曲面钢构件的绝对应力检
5、因此，目前亟需一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统及方法。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统及方法，其能够实现对在役曲面钢构件绝对应力的绝对应力无损检测，解决了因曲率而导致检测精度偏移大，实际应用适用性低的技术问题。
3、(二)技术方案
4、为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
5、第一方面，本专利技术实施例提供一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统，包括：
6、超声波发生器、环形曲率传感器、数字示波器、上位机；
7、所述环形曲率传感器包括：第一发射超声探头、第二发射超声探头、第三发射超声探头、第一接收超声探头、第二接收超声探头、第三接收超声探头、固定模具；
8、所述第一发射超声探头、第二发射超声探头、第三发射超声探头、第一接收超声探头、第二接收超声探头、第三接收超声探头安装在所述固定模具上；
9、所述固定模具为空心圆环，所述第一发射超声探头与第一接收超声探头的连线与固定模具直径重合，所述第二发射超声探头与第二接收超声探头的连线与固定模具直径重合，所述第三发射超声探头与第三接收超声探头的连线与固定模具直径重合；
10、所述超声波发生器连接所述环形曲率传感器，激发所述环形曲率传感器的每一个发射超声探头产生超声纵波信号，每一个接收超声探头接收与超声纵波信号对应的经过在役曲面钢构件的临界折射纵波信号，并传输至数字示波器及上位机。
11、可选地，所述第一发射超声探头与所述第一接收超声探头设置在固定模具上的角度为θ0°＝27.6°；
12、所述第二发射超声探头与所述第二接收超声探头设置在固定模具上的角度为其中，l为第二发射超声探头和第二接收超声探头之间的预设直线距离，r为曲面钢构件表面的曲率半径；
13、所述第三发射超声探头与所述第三接收超声探头设置在固定模具上的角度为其中，l为第三发射超声探头和第三接收超声探头之间的预设直线距离，r为曲面钢构件表面的曲率半径。
14、可选地，所述第一发射超声探头和第二发射超声探头之间的距离与所述第二发射超声探头和第三发射超声探头之间的距离相同；
15、所述第一接收超声探头和第二接收超声探头之间的距离与所述第二接收超声探头和第三接收超声探头之间的距离相同。
16、可选地，所述超声波发生器激发所述第一发射超声探头、第二发射超声探头、第三发射超声探头分别发射0°、45°、90°的超声纵波信号；所述超声纵波信号在在役曲面钢构件表面发生折射，转化为0°、45°、90°临界折射纵波信号；
17、所述第一接收超声探头、第二接收超声探头、第三接收超声探头分别接收所述0°、45°、90°临界折射纵波信号，并获取三向接收信号；
18、所述数字示波器，用于接收三向接收信号，并将所述三向接收信号进行信号转换，获取三向数字接收信号；
19、所述上位机，用于接收并计算所述三向数字接收信号的时间，获取三向传播声时差，将所述三向传播声时差输入预先定义的曲面钢构件绝对应力检测方程，获取待测曲面钢构件的绝对应力。
20、可选地，所述接收并计算所述三向数字接收信号的时间，获取三向传播声时差包括：
21、所述上位机接收并计算所述三向数字接收信号的时间，所述时间为所述三向临界折射纵波信号的三向传播声时，将所述三向传播声时与零应力复制件中的三向传播声时作差，获取三向传播声时差；
22、所述零应力复制件中的三向传播声时为提前设置的。
23、第二方面，本专利技术提出一种在役曲面钢构件的绝对应力检测方法，包括：
24、s10、采集所述临界折射纵波信号在待测曲面钢构件中的三向传播声时；
25、s20、将所述临界折射纵波信号在待测曲面钢构件中的三向传播声时与在待测曲面钢构件的复制件中采集的零应力状态的三向传播声时作差，获取三向传播声时差；
26、s30、获取所述待测曲面钢构件的应力-声时差系数，将所述三向传播声时差与所述应力-声时差系数输入预先定义的曲面钢构件绝对应力检测方程，获取所述待测曲面钢构件的绝对应力。
27、可选地，所述s30包括：
28、将所述三向传播声时差与应力-声时差系数输入下述公式，获取待测曲面钢构件的绝对应力为：
29、
30、其中，σ1为最大正应力检测值，σ2为最小正应力检测值，θ为临界折射纵波传播方向与测点主平面的夹角，δt1为临界折射纵波在0°方向曲面钢构件中的传播声时差，δt2为临界折射纵波在45°方向曲面钢构件中的传播声时差，δt3为临界折射纵波在90°方向曲面钢构件中的传播声时差，k||为平行于应力方向的应力-声时差系数，k⊥为垂直于应力方向的应力-声时差系数；
31、应力-声时差系数的表达式为：
32、
33、其中，k||为平行于应力方向的应力-声时差系数，k⊥为垂直于应力方向的应力-声时差系数，r为曲面钢构件的曲率半径，d为测量深度，v0为三向临界折射纵波信号在零应力钢构件材料中的传播本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统，其特征在于，所述接收并计算所述三向数字接收信号的时间，获取三向传播声时差包括：
6.一种基于权利要求1至5任一所述的绝对应力检测系统的绝对应力检测方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测方法，其特征在于，所述S30包括：
8.根据权利要求6所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测方法，其特征在于，所述S30中，所述获取待测曲面钢构件的应力-声时差系数包括：
9.根据权利要求8所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测方法，其特征在于，
10.根据权利要求8所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测
...【技术特征摘要】
1.一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的一种在役曲面钢构件的绝对应力检测系统，其特征在于，所述接收并计算所述三向数字接收信号的时间，获取三向传播声时差包括：
6.一种基于权利要求1至...
【专利技术属性】
技术研发人员：李祚华，龚云轩，白雨佳，刘南希，卢畅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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