基于渦流響應曲面的鋁合金板材殘余應力檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及殘余應力檢測方法，尤其是涉及基于渦流響應曲面的鋁合金板材殘余 應力檢測方法。
【背景技術】
[0002] 鋁合金作為制造業(yè)發(fā)展的基礎材料，在航空航天、高速鐵路、船舶制造、汽車工業(yè) 等支柱產(chǎn)業(yè)中有著重要地位。殘余應力往往是造成鋁合金結構破壞的重要因素。有效的評 價應力狀態(tài)，特別是導致?lián)p傷出現(xiàn)的臨界應力狀態(tài)是評價設備結構強度、可靠性的重要依 據(jù)。目前，應用較多的殘余應力檢測法有盲孔法、X射線法、超聲波法以及磁測法 [1]~[4]，這 些方法在使用上存在很大的局限性。盲孔法需要在材料表面加工小孔，對材料是一種損傷； X射線法檢測設備昂貴，并且對檢測人員技術水平要求較高，僅適合于實驗室使用；超聲波 法需要耦合劑，難以檢測形狀復雜的構件；磁測法局限于磁性材料檢測，不適用于鋁合金等 非鐵磁性材料。渦流檢測檢測方法具有非接觸、設備簡單、適用范圍廣等優(yōu)點，現(xiàn)有殘余應 力渦流檢測研宄基本局限于原理和機理研宄 [5]~[7]，還未提出完整的采用渦流檢測方法檢 測鋁合金板材的殘余應力。
[0003] 而且目前的一般檢測中，存在只能檢測殘余應力大小而不能檢測柱應力方向的缺 陷。
[0004] 參考文獻：
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是提供一種無需昂貴的檢測設備及耦合劑等，可方便地檢測殘余應 力的大小及方向的基于渦流響應曲面的鋁合金板材殘余應力檢測方法。
[0013] 本發(fā)明采用如下技術方案：
[0014] 基于渦流響應曲面的鋁合金板材殘余應力檢測方法，所采用的檢測裝置主要由信 號發(fā)生器、功率放大器、電橋電路、差分放大器、前置放大器及PCI數(shù)據(jù)采集卡組成，信號發(fā) 生器信號輸出端接功率放大器輸入端，功率放大器輸出端接電橋電路輸入端，為避免溫漂 等影響，電橋電路中的2個橋臂為相同的矩形線圈，其中1個作為檢測線圈，另1個作為參 考線圈；另2個橋臂為電阻，電橋電路輸出端接差分放大器輸入端，差分放大器輸出端接前 置放大器輸入端，前置放大器輸出端接PCI數(shù)據(jù)采集卡輸入端；
[0015] 所述檢測方法，包括以下步驟：
[0016] 1)建立錯合金渦流響應曲面
[0017] 采用基礎實驗與數(shù)值仿真相結合的方法建立渦流響應曲面；基礎實驗是進行鋁合 金板材單向拉伸實驗，試件設計根據(jù)國家標準GB/T 228-2002 ;采用所述檢測裝置檢測渦 流信號，渦流信號為檢測線圈的輸出電壓；采用電子引申計測量試件的應變，得到應變與渦 流信號的關系，V x=f(e x);通過仿真，改變材料的電導率，計算渦流響應，將仿真結果與實 驗結果對比，得到單向應力狀態(tài)下電導率與應變的關系〇x=f( e χ);對復雜應力狀態(tài)，仍 然采用仿真的方法建立應力狀態(tài)與渦流響應間的關系一一渦流響應曲面；然后取不同的主 應力S 11和s 22，利用虎克定律計算對應的主應變：
【主權項】
1. 基于渦流響應曲面的鋁合金板材殘余應力檢測方法，其特征在于， 所采用的檢測裝置包括信號發(fā)生器、功率放大器、電橋電路、差分放大器、前置放大器 及PCI數(shù)據(jù)采集卡組成；信號發(fā)生器信號輸出端接功率放大器輸入端，功率放大器輸出端 接電橋電路輸入端，電橋電路中的2個橋臂為相同的矩形線圈，其中1個作為檢測線圈，另 1個作為參考線圈；另2個橋臂為電阻，電橋電路輸出端接差分放大器輸入端，差分放大器 輸出端接前置放大器輸入端，前置放大器輸出端接PCI數(shù)據(jù)采集卡輸入端； 所述檢測方法，包括以下步驟： 1) 建立鋁合金渦流響應曲面 采用基礎實驗與數(shù)值仿真相結合的方法建立渦流響應曲面；基礎實驗是進行鋁合金板 材單向拉伸實驗，試件設計根據(jù)國家標準GB/T228-2002 ;采用所述檢測裝置檢測渦流信 號，渦流信號為檢測線圈的輸出電壓；采用電子引申計測量試件的應變，得到應變與渦流信 號的關系，Vx=f(ex);通過仿真，改變材料的電導率，計算渦流響應，將仿真結果與實驗結 果對比，得到單向應力狀態(tài)下電導率與應變的關系〇x=f(ex);對復雜應力狀態(tài)，仍然采 用仿真的方法建立應力狀態(tài)與渦流響應間的關系一一渦流響應曲面；然后取不同的主應力 sn和s22，利用虎克定律計算對應的主應變：
由。x=f(ex)，可得兩個主應變分別對應的電導率和。2，通過電各向異性材料渦 流響應仿真可得主應力sn和s22對應的渦流響應分別V:和V2，求出二者之和，就可得到應 力-渦流響應曲面；將響應曲面采用數(shù)據(jù)文件的形式存儲； 2) 線圈掃描 采用矩形線圈檢測渦流信號的大小，同時記錄最大渦流信號出現(xiàn)的方位；檢測時，將線 圈所在平面與檢測件表面垂直，參考線圈放置在與待檢測件相同的、無應力的材料表面；檢 測線圈進行旋轉掃描，對每個檢測點，檢測線圈需旋轉3~5周，記錄每周的檢測數(shù)據(jù)；在待 檢測件表面移動線圈，可實現(xiàn)對整個檢測件的檢測； 3) 信號處理與應力狀態(tài)識別 根據(jù)已建立的渦流響應曲面以及檢測渦流信號，反推主應力大小及方向；矩形線圈在 旋轉掃描過程中，檢測信號出現(xiàn)極值的方位，對應的就是主應力的方向；檢測線圈在旋轉過 程中輸出的渦流響應極值若為％和V2，可通過兩信號比值及兩信號和在渦流響應曲面上讀 出對應了主應力大小；檢測線圈每旋轉一周可記錄一次渦流響應極值，多次記錄的平均值 作為渦流響應極值VJPV2。
2. 如權利要求1所述基于渦流響應曲面的鋁合金板材殘余應力檢測方法，其特征在 于，在步驟3)中，所述主應力大小的識別方法如下： (1) 探頭旋轉掃描，測得兩個感應電壓極值％和V2; (2) 計算感應電壓極值的比值t=Vi/V2及感應電壓的和Vs=Vi+V2; (3) 根據(jù)感應電壓極值的比值，由感應電壓比值與主應力比值的關系f(^)，反演 計算主應力比值sr; (4) 利用已建立的應力響應曲面，即主應力合成與渦流信號的關系，^=以81，82)以及 主應力比值sr，反演計算主應力的大小。
【專利摘要】基于渦流響應曲面的鋁合金板材殘余應力檢測方法，涉及殘余應力檢測方法?；跍u流響應曲面的鋁合金板材殘余應力檢測方法，所采用的檢測裝置主要由信號發(fā)生器、功率放大器、電橋電路、差分放大器、前置放大器及PCI數(shù)據(jù)采集卡組成，信號發(fā)生器信號輸出端接功率放大器輸入端，功率放大器輸出端接電橋電路輸入端，為避免溫漂等影響，電橋電路中的2個橋臂為相同的矩形線圈，其中1個作為檢測線圈，另1個作為參考線圈；另2個橋臂為電阻，電橋電路輸出端接差分放大器輸入端，差分放大器輸出端接前置放大器輸入端，前置放大器輸出端接PCI數(shù)據(jù)采集卡輸入端；檢測方法：1)建立鋁合金渦流響應曲面；2)線圈掃描；3)信號處理與應力狀態(tài)識別。
【IPC分類】G01L1-12
【公開號】CN104807566
【申請?zhí)枴緾N201510266924
【發(fā)明人】李儉, 曾志偉, 汪濤
【申請人】廈門大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月22日