[發明專利]一種光彈性實驗中超聲波應力定量測量方法

有效

• 申請號: 201610010134.0
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105571752B
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 安志武;胡中韜;廉國選;毛捷;王小民
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所 11309
• 代理人: 陳霽

本發明涉及一種光彈性實驗中超聲波應力定量測量方法，該方法包括以下步驟：利用動態光彈性成像系統獲取超聲縱波靠近樣品表面處的光彈圖像；利用激光測振儀測量樣品的振動速度；以及利用計算機讀取光彈圖像中的灰度值；調節動態光彈性成像系統的超聲波強度，重復上述步驟以獲取樣品多個振動速度和多個光彈圖像的灰度值；根據樣品的多個振動速度的平方與多個光彈圖像的灰度值繪制灰度值?振速平方曲線；讀取光彈圖像中任一點圖像灰度值B_x，通過灰度值?振速平方曲線，確定相應的振動速度A_x，可計算得出光彈圖像中該點的超聲波應力值。本發明提供的超聲波應力定量測量方法，可快速精確定量測量光彈性實驗中超聲波的應力。

技術領域

本發明涉及一種光彈性實驗中應力測量方法，特別是涉及一種光彈性實驗中超聲波應力定量測量方法。

背景技術

光彈性實驗是以暫時雙折射現象為物理基礎來研究彈性力學問題的一種實驗應力分析方法。近年來，光彈性實驗在汽車制造、航天工業以及土木工程等領域得到了廣泛應用。光彈性實驗能夠直接觀察超聲波的傳播和散射，所以也應用到了固體超聲波散射問題的研究中。

目前光彈性實驗中應力測量的方法主要有：拉伸試件補償法、石英楔塊補償法、檢偏鏡補償法和光度計補償法。

拉伸試件補償法，該方法的拉力試件與被測點的主應力方向平行，并使拉力試件與被測點重疊投影在成像屏幕上，給拉力試件加力，直至測點在屏幕變黑為止，再讀取拉力值，從而獲得條紋值。但是，相對于光彈實驗中施加的其他類型的外力，超聲波的應力較小，在加力使測點變黑的過程中易受自身系統的衍射光以及環境光污染干擾，難以精確定量。此外，該方法操作繁瑣，需要多次成像以確定測點是否變黑。

石英楔塊法是采用兩塊直角三角形石英楔塊調節光程差，直至測點在屏幕變黑為止，再讀取拉力值，從而獲得條紋值。與拉伸試件補償法類似，也面臨難以精確定量和多次成像的問題。

檢偏鏡補償法操作較復雜，不夠簡便。而對于光度計補償法，則面臨難以準確調整偏正片的問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中光彈性實驗中超聲波應力測量法方法在測量速度、精確度以及操作便利性方面存在的缺陷，提供一種光彈性實驗中超聲波應力測量方法，以快速精確測量光彈性實驗中的超聲波應力。

為實現上述目的，本發明提供了一種光彈性實驗中超聲波應力定量測量方法，該方法應用于由動態光彈性成像系統和激光測振儀構成的應力測量系統中，該方法包括以下步驟：

利用動態光彈法成像系統獲取超聲縱波靠近樣品表面處的光彈圖像；利用激光測振儀測量樣品的振動速度；以及利用計算機讀取光彈圖像中的灰度值。通過調節動態光彈性成像系統的超聲波強度，以獲取樣品表面處的多個光彈圖像；并利用激光測振儀測量獲取樣品的多個振動速度；以及利用計算機讀取多個光彈圖像的灰度值。根據樣品的多個振動速度的平方與多個光彈圖像的灰度值繪制灰度值-振速平方曲線。

讀取光彈圖像中任一點圖像灰度值B_x，通過灰度值-振速平方曲線，確定相應的振動速度A_x。根據該振動速度A_x，計算該任一點的超聲波應力值，具體為：通過公式σ_1x＝(λ+2μ)A_x/c_l(其中λ、μ為樣品材料的拉梅系數，c_l為材料的縱波聲速)，計算得出該任一點沿超聲波傳播方向的超聲波主應力值；以及通過公式σ_2x＝λA_x/c_l，計算得出該任一點垂直于超聲波傳播方向的超聲波主應力值。

優選地，上述樣品表面處的光彈圖像為距離樣品表面4mm處的光彈圖像。

優選地，上述振動速度為樣品底部最大振動速度。

優選地，上述灰度值為測振儀測點所對應的光彈圖像的最大灰度值。