[發明專利]基于高階聲彈性超聲導波的對稱截面桁條的軸向應力監測方法

有效

• 申請號: 201711338717.7
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108168745B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 武湛君;楊正巖;張佳奇;劉科海;周凱;鄭躍濱;馬書義;高東岳
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25;G01L5/173
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種基于高階聲彈性超聲導波的對稱截面桁條的軸向應力監測方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：利用半解析有限元求解無應力下桁條的相速度和群速度頻散曲線，分析頻散曲線，選取頻散較小的模態和激勵頻率段；

S2：將預應力條件下波的傳播分為預應力變形過程和波傳播兩個過程，波傳播的過程利用高階聲彈性半解析有限元求解不同應力下的相速度曲線，并求解應力靈敏度曲線，即相速度變化值曲線△cp＝cp_σ-cp₀，cp_σ是軸向應力為σ時的相速度值，cp₀是無應力時的相速度值；

S3：分析對稱截面結構得到應力靈敏度曲線，結合S1的結果，選取最佳導波模態和相應激勵頻率作為軸向應力監測的模態和激勵頻率；

S4：根據半解析有限元的結果求得選取模態的陣型圖，并根據其特征設計適合進行應力監測的傳感器陣列；

S5：對對稱截面結構激勵端和接收端傳感器進行安裝，一端表面安裝導波激勵源，另一端表面安裝導波接收器以接收激發的導波信號；

S6：桁條中導波與應力相關的信號特征提取：計算不同應力下的理論相移△t，擬合相移曲線，通過該擬合的曲線在實驗過程中獲取應力對比于無應力的相移，通過擬合的曲線獲取應力實現桁條導波應力監測。

2.根據權利要求1所述的基于高階聲彈性超聲導波的對稱截面桁條的軸向應力監測方法，其特征還在于：

S2中將預應力條件下波的傳播過程分為受預應力變形過程和波傳播過程兩個過程，應力變形過程假設材料是各向同性的彈性材料，波傳播過程則假設材料為超彈性材料，S21：采用Murnaghan理論模型得到在應力變形下的波傳播過程的控制方程，

其中，

S22：對于對稱截面結構，施加x方向的載荷時，材料在某種意義上是橫向同性的，因此張量的對稱性表示為，

S22根據式(1)可得到彈性常數中的每一項，其中，

。

3.根據權利要求1所述的基于高階聲彈性超聲導波的對稱截面桁條的軸向應力監測方法，其特征在于：S6中計算不同應力下的理論相移△t采用如下方式，

x₀為激發到接收信號的距離，△x為x₀乘上應變，擬合相移曲線，通過該擬合的曲線，在實驗過程中獲取應力對比于無應力的相移，通過擬合的曲線獲取應力，實現桁條導波應力監測，其中，cp₀為無應力下的相速度，相速度變化值△cp＝cp_σ-cp₀。