[發(fā)明專利]一種用于金屬薄板高周疲勞損傷的非線性波檢測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110584791.7
• 申請(qǐng)日: 2021-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN113325075A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳冰冰;周啟文;王鵬飛;杜超;鄭三龍;王超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04;G01N29/12
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳;朱盈盈

本發(fā)明公開了一種用于金屬薄板高周疲勞損傷的非線性檢測(cè)方法。該方法適用于金屬薄板中疲勞早期微缺陷、微損傷的檢測(cè)與表征，屬于無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。該方法首先根據(jù)被測(cè)對(duì)象和非線性Lamb波諧振條件，確定基頻波的激勵(lì)頻率；在試件同側(cè)方向方設(shè)置一對(duì)檢測(cè)探頭即超聲波發(fā)射探頭和接收探頭，進(jìn)行金屬薄板結(jié)構(gòu)非線性檢測(cè)；通過(guò)改變激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)時(shí)延，對(duì)試件不同位置進(jìn)行掃查，提取基波幅值和二次諧波幅值；最后，根據(jù)超聲非線性系數(shù)隨檢測(cè)位置的變化規(guī)律，可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬板疲勞損傷的檢測(cè)以及損傷程度的表征。本發(fā)明引入了一定頻率下的帶通濾波器，用帶通濾波器替代了原有的高通濾波器，使得接收的信號(hào)更為純凈、同時(shí)也大大降低的數(shù)據(jù)處理的難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料高周疲勞損傷檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于金屬薄板高周疲勞損傷的非線性波檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

離心壓縮機(jī)作為一種重要的能量轉(zhuǎn)換裝置，被廣泛的應(yīng)用在電力、能源、冶金、石油、化工等重要領(lǐng)域。葉輪、葉片作為離心壓縮機(jī)的核心模塊，F(xiàn)V520B高強(qiáng)鋼作為制作葉輪、葉片常用材料，因其工作環(huán)境較惡劣，承受載荷較復(fù)雜、服役時(shí)間較長(zhǎng)，往往容易發(fā)生疲勞失效。對(duì)設(shè)計(jì)良好的結(jié)構(gòu)件而言，材料早期疲勞損傷(未形成宏觀裂紋之前)占據(jù)整個(gè)疲勞壽命的較大比重，對(duì)于疲勞損傷的結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，其早期性能退化占據(jù)了整個(gè)疲勞壽命的80％以上。盡管線性超聲檢測(cè)技術(shù)里包含無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)材料里宏觀缺陷檢測(cè)結(jié)果較為理想，但是對(duì)疲勞過(guò)程里宏觀裂紋出現(xiàn)之前材料的早期損傷(如位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，微裂紋，孔洞)卻不敏感。該技術(shù)能夠克服傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)存在的缺陷，對(duì)材料的早期損傷比較為敏感，可以用其檢測(cè)材料疲勞早期的損傷程度。Lamb波本身因具有傳播距離遠(yuǎn)、檢測(cè)精度高、檢測(cè)范圍廣、能量衰減小等特點(diǎn)，在板狀結(jié)構(gòu)的無(wú)損監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較為廣泛。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了設(shè)計(jì)合理的一種用于金屬薄板高周疲勞損傷的非線性波檢測(cè)方法，可以有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)板材缺陷程度的表征，該檢測(cè)系統(tǒng)高效且便捷。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于金屬薄板高周疲勞損傷的非線性波檢測(cè)方法，包括如下步驟：

1)獲取金屬薄板試件的相速度及群速度的頻散曲線；

2)基于上述的頻散曲線來(lái)獲取激勵(lì)頻率、特定模態(tài)的Lamb波以及所述特定模態(tài)的Lamb波的入射角作為模型參數(shù)；根據(jù)所確定的入射角的大小，制定出相應(yīng)角度的楔塊；

3)根據(jù)步驟2)中特定模態(tài)的Lamb波推導(dǎo)歸一化相對(duì)非線性參量β′/β₀，歸一化相對(duì)非線性參量β′/β₀用于表征與評(píng)價(jià)材料的早期疲勞損傷程度；

4)根據(jù)已經(jīng)確定的模型參數(shù)，搭建非線性超聲測(cè)試系統(tǒng)；

5)根據(jù)步驟4)中建立的非線性超聲測(cè)試系統(tǒng)對(duì)金屬薄板進(jìn)行測(cè)試并判斷所述歸一化相對(duì)非線性參量β′/β₀是否可靠，如果可靠，則利用β′/β₀來(lái)表征被測(cè)試金屬薄板的損傷與缺陷。

進(jìn)一步的，所述步驟1)具體步驟如下：

1.1)首先用Matlab求解Rayleigh-Lamb方程，Rayleigh-Lamb方程的表達(dá)式如下：

對(duì)稱模式；

反對(duì)稱模式

其中，波數(shù)：角頻率：w＝2πf，d為的厚度，f為頻率，c_P為相速度；將p、q、k分別代入到上述方程中，最終可將上述對(duì)稱模式與反對(duì)稱模式的方程寫成為g(f,c_p)＝0的形式；

1.2)通過(guò)二分法，并借助Matlab編程來(lái)獲得精確的數(shù)值解，繪制出高強(qiáng)鋼材料的相速度與群速度頻散曲線圖，具體的步驟如下：

1.2.1)根據(jù)被測(cè)板金屬材料及其厚度，選定一初始頻率f；