[發(fā)明專利]利用瑞雷波進(jìn)行金屬材料表面損傷的非線性超聲評價(jià)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110274997.6
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN102426192A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 稅國雙;汪越勝;柯燎亮;陳阿麗;王正道
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 毛燕生

1.一種利用瑞雷波進(jìn)行金屬材料表面損傷的非線性超聲評價(jià)方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)瑞雷波的激發(fā)和接收：將鈮酸鋰晶片換能器粘接在有機(jī)玻璃斜楔上，然后利用耦合劑將有機(jī)玻璃斜楔粘貼在鎂合金試件表面；利用非線性超聲測試系統(tǒng)主機(jī)產(chǎn)生超聲信號，超聲信號在鋁鎂合金試件表面激發(fā)瑞雷波；在試件的另一端，同樣利用鈮酸鋰晶片換能器和傾角相同的有機(jī)玻璃斜楔接收瑞雷波，接收超聲信號的鈮酸鋰晶片換能器中心頻率為4MHz；

2)測試系統(tǒng)可靠性檢測：在試件和傳播距離相同的情況下，采用在不同輸入電壓的情況下來驅(qū)動壓電傳感器，并測量相應(yīng)的瑞雷波信號，通過對不同驅(qū)動電壓檢測到的瑞雷波信號通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速傅立葉變換，得到不同驅(qū)動電壓下瑞雷波的基頻幅值A(chǔ)₁和倍頻幅值A(chǔ)₂；通過擬合曲線可知，超聲信號中的倍頻幅值A(chǔ)₂與基頻幅值的平方A₁²接近于正比關(guān)系，利用該非線性超聲測試系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地測得試件的非線性系數(shù)；

3)試件表面存在不同程度損傷時(shí)的非線性系數(shù)測量：利用電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)將鎂合金試件加載到特定的應(yīng)力后，將試件從電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上卸下，然后利用實(shí)驗(yàn)裝置激發(fā)并接收瑞雷波；對接收到的瑞雷波信號進(jìn)行信號處理，即對信號加漢寧窗、并進(jìn)行快速傅里葉變換，得到所接收的瑞雷波超聲信號中基頻幅值A(chǔ)₁和倍頻幅值A(chǔ)₂；完成上述測試后，再將試件拉伸到大于前一次加載的應(yīng)力，并再次對從電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上卸下的試件進(jìn)行同樣的非線性超聲測試，得到試件在本次應(yīng)力作用后的超聲波基頻和倍頻幅值；重復(fù)上述步驟，直到試件出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，發(fā)生強(qiáng)度失效為止；定義并采用如下基于基頻和倍頻幅值的相對非線性系數(shù)：β_R＝A₂/A₁²；

根據(jù)式上式計(jì)算得到瑞雷波的相對非線性系數(shù)β_R，記試件未經(jīng)應(yīng)力加載時(shí)的相對非線性系數(shù)為β_R0，對試件加載不同應(yīng)力后的相對非線性系數(shù)β_R除以β_R0進(jìn)行正則化，得到基于基頻、倍頻的正則化相對非線性系數(shù)與應(yīng)力間的關(guān)系曲線圖；

4)試驗(yàn)的可重復(fù)性操作：將激發(fā)和接收瑞雷波的壓電傳感器和有機(jī)玻璃斜楔完全從試件卸下移開，清理干凈耦合劑，然后完全重復(fù)步驟1)的工作，即將鈮酸鋰晶片換能器粘接在有機(jī)玻璃斜楔上，然后利用耦合劑將有機(jī)玻璃斜楔粘貼在金屬板狀試件表面，激發(fā)和接收一定強(qiáng)度的瑞雷表面波；接著再重復(fù)步驟3)中的工作，對同一試件在不同應(yīng)力加載后進(jìn)行瑞雷波信號的激發(fā)和接收，進(jìn)行2-3次的重復(fù)測試，以保證測試結(jié)果的可靠和準(zhǔn)確，即可得到存在不同程度表面損傷試件的非線性系數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用瑞雷波進(jìn)行金屬材料表面損傷的非線性超聲評價(jià)方法，其特征在于，在步驟1)中：非線性超聲測試系統(tǒng)主機(jī)產(chǎn)生的超聲信號為10-16個(gè)周期、頻率為2MHz的正弦脈沖串超聲信號，該信號經(jīng)過50歐姆終端進(jìn)行阻抗匹配、衰減器和低通濾波器后，激勵(lì)粘接在有機(jī)玻璃斜楔上的鈮酸鋰晶片換能器，超聲信號在鋁鎂合金試件表面激發(fā)瑞雷波。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用瑞雷波進(jìn)行金屬材料表面損傷的非線性超聲評價(jià)方法，其特征在于，在步驟1)中：利用示波器對采集到的信號進(jìn)行525次的平均，以提高瑞雷波信號的信噪比，并有效抑制測試過程中隨機(jī)因素的影響；對多次平均后的瑞雷波信號應(yīng)用漢寧窗函數(shù)，消除儀器設(shè)備暫態(tài)過程對測量結(jié)果的影響。