[發明專利]一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法

在審

• 申請號: 202210371307.7
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114813939A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 江奕;韓雷;沈忠文
• 申請（專利權）人: 南京工業職業技術大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產權代理有限公司 34138
• 代理人: 項磊

1.一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，其特征在于：包括下列步驟：

S1：分析材料力學性能，計算轉轍機的關鍵部件的臨界裂紋理論長度，并以此為基礎在與轉轍機的關鍵部件對應的試件上設計人工刻槽裂紋模擬實際裂紋；

S2：建立仿真模型，分析聲場特點并選取最優的超聲探頭參數；

S3：搭建實驗平臺，采用A型脈沖反射式單晶直探頭對試件進行周向掃查檢測，采集完整的脈沖超聲信號；

S4：對掃查實驗結果進行圖像重構，并結合能量閾值法及二值法提取圖像特征，通過線段最短原則實現內部斜裂紋定量檢測。

2.根據權利要求1所述的一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，其特征在于：所述步驟S4中，將周向掃查的檢測結果進行圖像重構，設定能量閾值，保留能量高于該能量閾值的信號信息，之后在對結果進行二值化處理，尋找最大連接分量，最后通過路徑最短原則，取各分量間距離最小且非零的兩點進行連接，連接線段即為斜裂紋大小和形狀。

3.根據權利要求2所述的一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，其特征在于：所述步驟S1中，所述關鍵部件的疲勞裂紋屬于I型張開型，根據針對I型裂紋的應力強度因子K的計算公式和斷裂評判準則式，計算道岔轉轍機的臨界裂紋尺寸準確值；將臨界裂紋尺寸作為參考設計人工裂紋，在所述試件上設計若干傾斜刻槽用以模擬實際內部斜裂紋，所述傾斜刻槽垂直設于試件上模擬關鍵部件截面的平面。

4.根據權利要求3所述的一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，其特征在于：所述步驟S2中，在CIVA仿真軟件中建立試件模型，采用縱波直探頭模擬掃查，采用漢寧窗調制，在模擬計算過程中，裂紋上下端點回波時間差來計算裂紋高度，通過仿真獲得不同探頭頻率與晶片直徑下的試件中的裂紋響應結果來判斷最優超聲探頭參數。

5.根據權利要求4所述的一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，其特征在于：所述步驟S3中，采用窄脈沖直探頭沿試件的四條邊依次進行周向掃查，檢測結果為A掃信號，在A掃信號中，裂紋波與底波之間出現的回波即為裂紋波。

6.根據權利要求2所述的一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，其特征在于：所述步驟S4中，尋找最大連接分量的方法包括，二值化的檢測結果圖處理時按照8鄰域連接方式計算出所有連接分量，同時給其內部連接像素分配一個唯一整數，此時，若途中共有n組連接分量，那么其標注范圍即為1到n，并且背景像素標記為0，對二值化圖像內所有連通區域覆蓋范圍內信號信息進行保留，經分組對比取當前連通域內最大值的信號信息作為目標對象。

7.根據權利要求3所述的一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，其特征在于：所述步驟S1中，針對I型裂紋的應力強度因子K的計算公式為：

其中，γ為形狀修正因子，其值由裂紋的形狀和加載的方式決定；K_I為張開型裂紋的應力強度因子；σ為外加的均勻拉伸應力；a為裂紋尺寸；

根據斷裂評判準則式K_I≥K_Ic得，當K_I＝K_Ic時，計算可得到疲勞裂紋的臨界尺寸a_c：

根據機械工程材料性能數據手冊可知轉轍機材料的斷裂韌性，關鍵部件在循環荷載作用下裂紋周邊應力根據實際情況確定，計算出a_c；

以a_c作為參考設計裂紋，裂紋為方形刻槽且裂紋截面為傾斜設置，裂紋截面的長度為a_c。

8.根據權利要求4所述的一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，其特征在于：所述步驟S2中，模擬掃查采用的激勵信號為2.5MHz、5MHz、7.5MHz的縱波，晶片直徑分別為6mm、8mm、10mm、12mm。

9.根據權利要求5所述的一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，其特征在于：所述步驟S3中，周向掃查采用的激勵脈沖寬度為30ns，增益為64dB，回波抑制為3％，探頭零點為0.12μs，聲程取110mm。