[发明专利]一种测量各向异性材料平面应力的装置

说明书

一种测量各向异性材料平面应力的装置，涉及一种材料平面应力检测装置。是要解决现有应力检测方法测量精度不高的问题。该装置包括超声换能器组、超声斜入射楔块、信号发生器、数字示波器和分析处理软件；第一超声纵波激发探头、第二超声纵波激发探头和第三超声纵波激发探头分别与信号发生器连接；第一超声纵波接收探头、第二超声纵波接收探头和第三超声纵波接收探头分别与数字示波器连接；信号发生器与数字示波器连接；所述分析处理软件与所述数字示波器连接。该装置基于各向异性三向法，采用临界折射纵波作为检测波源，测量效率高、操作简单，可广泛应用于航空航天、武器制造、车辆等领域中各向异性材料中平面应力的检测和分析。

技术领域

本发明涉及一种材料平面应力检测装置。

背景技术

近年来，随着材料科学的发展进步，大量的先进材料在各个领域得到了广泛应用。然后先进材料往往不同于传统的金属材料，大多是由不同组分结合而成的，这就使得材料呈现出各向异性的性质。

传统用于应力检测的超声方法主要采用一发一收或者自发自收的方式，检测的是超声波传播声程间的平均应力，没有考虑垂直传播方向所受应力对检测信号的影响，也没有考虑材料各向异性对超声波传播的影响，因此测量精度不高，说服力不强。

发明内容

本发明是要解决现有应力检测方法测量精度不高的问题，基于各向异性三向法原理，采用临界折射纵波作为检测波源，辅以信号发生器、数字示波器等模块，提供了一种测量各向异性材料平面应力的装置。

本发明测量各向异性材料平面应力的装置主要包括超声换能器组、超声斜入射楔块、信号发生器、数字示波器和分析处理软件。

所述超声斜入射楔块根据斯涅耳定律设计而成，外形为正八边形，可用检测方向为0°、45°、90°和135°，材质为聚四氟乙烯，斜入射角为34°，可在被测材料内部激发临界折射纵波。

所述超声换能器组包括第一超声纵波激发探头、第二超声纵波激发探头、第三超声纵波激发探头、第一超声纵波接收探头、第二超声纵波接收探头和第三超声纵波接收探头，六个探头均与超声斜入射楔块固定连接，所述第一超声纵波激发探头和第一超声纵波接收探头处于竖直方向对应放置，所述第二超声纵波激发探头和第二超声纵波接收探头处于与竖直方向呈45°角对应放置，所述第三超声纵波激发探头和第三超声纵波接收探头处于水平方向对应放置，分别组成三组一发一收超声信号回路。

所述第一超声纵波激发探头、第二超声纵波激发探头和第三超声纵波激发探头分别与信号发生器通过信号线连接；用于激发任意波形的激励信号，具有多个激励信号输出通道，输出激励信号的同时输出同步信号；

所述第一超声纵波接收探头、第二超声纵波接收探头和第三超声纵波接收探头分别与数字示波器通过信号线连接；用于采集临界折射纵波波形，具有高采样频率及多个数字通道，通过接受同步信号实现与信号发生器的时间同步；

所述信号发生器与数字示波器连接；

所述分析处理软件与所述数字示波器连接。所述分析处理软件基于所述数字示波器研发，通过读取同步信号与临界折射纵波波形，可分析得到纵波的传播声时与声时差。

进一步的，所述超声斜入射楔块的材质为聚四氟乙烯。

进一步的，所述超声斜入射楔块的中心镶嵌钕铁硼磁铁，用于将楔块固定在待测材料表面。

进一步的，所述六个探头与超声斜入射楔块的固定连接方式为螺纹连接。

进一步的，为得到沿被测材料次表面传播的临界折射纵波，需先根据斯涅耳定律设计斜入射楔块，设计内容包括楔块材料、入射角度和传播声程。

所述超声斜入射楔块斜入射角的确定方法具体为：