[發明專利]基于電磁超聲Lamb波S1模態群速度的金屬板應力檢測方法

有效

• 申請號: 202011111356.4
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112326786B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 張闖;于海旭;劉素貞;金亮;郭玉鳳
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/07
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 王瑞

本發明公開了一種基于電磁超聲Lamb波S1模態群速度的金屬板應力檢測方法。本方法采用電磁超聲激發探頭激發Lamb波，并根據激勵線圈的特定間距，激發出特定模態Lamb波，并精準識別Lamb波的S1模態，利用Lamb波的S1模態群速度對應力變化的高靈敏度來對金屬板進行應力檢測。與傳統的體波應力檢測相比較，在相同的加載應力下速度變化率有顯著提升，可用于無損檢測領域中薄板應力分布的測量研究。

技術領域

本發明屬于電磁超聲檢測領域，具體是一種基于電磁超聲Lamb波S1模態群速度的金屬板應力檢測方法。

背景技術

板結構材料是基礎工業的原材料，因其質量輕、強度高、模量高、壽命久等優點，在工業和民用設備中發揮著重要的作用。殘余應力的存在不僅會降低工件的靜強度和疲勞強度，使其在制造和使用時產生形變開裂等工藝缺陷，而且還會在制造后的自然釋放過程中使材料的抗腐蝕能力受到影響。因此，研究和檢測板結構材料內殘余應力對生產和科學實驗都有非常重要的意義。

無損檢測可在不對測試試件造成損壞的情況下，利用X射線、中子衍射法、磁測法和超聲法對其缺陷和物理參數進行檢測，其中超聲法是基于應力與聲波速度的關系來對試件的應力進行檢測。在現有的超聲檢測中臨界折射縱波超聲法相較于表面波超聲法和激光超聲法敏感度相對較高，其滲透深度與超聲波頻率有關，裝置簡單，容易實現，使其成為金屬材料應力分布的主要方法。但是基于臨界折射縱波的聲彈性理論，在施加應力對超聲波聲速的相對變化很小，因此必須以非常高的精度進行測量。

在當前的研究中發現，板狀結構的Lamb波對結構特性、溫度和應力變化敏感。與傳統的體波相比較，薄板中的Lamb波具有傳播距離長、效率高、靈敏度強、衰減小、適宜大面積的樣板無損檢測，已成為近年來的研究熱點。

國內已有部分學者開始關注于Lamb波的頻散特性研究，在文獻《板結構材料中超聲蘭姆波信號傳播特性的理論與實驗研究》(上海大學,2017)中研究了Lamb在各向同性板和多層復合板的頻散曲線傳播特性。文獻《基于電磁超聲蘭姆波層析成像的盲孔缺陷定量描述研究》(哈爾濱工業大學,2018)中設計并制作了一種能夠分別激發A0模式和S0模態的電磁超聲蘭姆波換能器，利用超聲導波走時與幅值信息的權重可調聯合迭代重建技術能夠有效對缺陷進行定量描述。國外學者Gandhi在文獻《Acoustoelastic Lamb waveproPagation in biaxially stressed plates》(The Journal of the AcousticalSociety of America,2012,132(3):1284)提出了一種較為全面的聲彈性公式分析初始各向同性板中雙軸載荷的影響。

綜上所述，對于金屬薄板應力的研究，由于Lamb波的多模態性和頻散性導致Lamb波信號復雜，波形模態不易提取和分離，Lamb波的波速測試精度較低，國內外關于Lamb波群速度變化用于金屬板應力分布檢測的方法沒有提出。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種基于電磁超聲Lamb波S1模態群速度的金屬板應力檢測方法。

本發明解決所述技術問題的技術方案是，提供一種基于電磁超聲Lamb波S1模態群速度的金屬板應力檢測方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)仿真計算出金屬板中的Lamb波的S1模態在不同應力下的頻散曲線；

(2)選取Lamb波的S1模態的頻散曲線中的截止頻率；

(3)根據Lamb波的S1模態的截止頻率和截止頻率對應的模態相速度計算出Lamb波的S1模態的波長，進而通過波長得到激勵線圈的線圈間距；

(4)搭建電磁超聲Lamb波應力加載試驗平臺；電磁超聲Lamb波應力加載試驗平臺包括Ritec RAM非線性超聲測試系統、萬能試驗機、電磁超聲激發探頭和壓電接收探頭；電磁超聲激發探頭由步驟3)得到的具有相應線圈間距的激勵線圈的電路板與永磁體組成；