[发明专利]一种基于超声横纵波结合的钢构件平面应力检测方法

权利要求书

1.一种基于超声横纵波结合的钢构件平面应力检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、获取需检测的在役钢构件的复制试件；

S2、对复制试件进行加载实验和超声实验，标定复制试件的所有应力-声弹性参数，以探头中心频率下的横波声时差和纵波声时平方的倒数为自变量，以平面应力各个应力分量为因变量，得到平面应力信息检测公式；

S3、确定检测点，对在役钢构件进行超声实验，获取检测点处的横波和纵波回波时域信号；

S4、对捕捉到的时域信号进行频谱分析处理，得到探头中心频率下的横波声时差和纵波声时，并将其代入复制试件的平面应力信息检测公式，得到在役钢构件平面应力信息；

所述平面应力信息检测公式为：

其中，d_i是与材料二阶、三阶弹性系数相关的常数，i＝1、2、3、4、5，φ为横波偏振角；

将每一个应力状态下的横波声时差Δt^-以及纵波声时平方的倒数代入平面应力信息检测公式，经平面拟合即可得到d_i的取值。

2.根据权利要求1所述的基于超声横纵波结合的钢构件平面应力检测方法，其特征在于，

所述复制试件与在役钢构件的厚度、材质、强度均相同，按比例缩小。

3.根据权利要求1所述的基于超声横纵波结合的钢构件平面应力检测方法，其特征在于，

所述步骤S2包括如下子步骤：

S21、搭建钢构件平面应力信息检测硬件系统；

S22、对复制试件逐级施加单向压应力，以5MPa为一个应力梯度，每个梯度应力保持一段时间用以实施超声实验；

S23、在每个梯度的应力保持时间内，分别在选取的标定点处依次发射超声横波和纵波，采集并储存相应应力状态下的超声回波时域信号；

S24、对采集到的超声回波的时域信号进行频谱分析，截取目标回波，利用回波相位谱捕捉5MHz频率的横波声时差和5MHz频率的纵波声时；

S25、将获得的横波声时差和纵波声时代入平面应力信息检测公式，拟合得到针对5MHz频率的各个声弹性常数的取值。

4.根据权利要求3所述的基于超声横纵波结合的钢构件平面应力检测方法，其特征在于，

所述钢构件平面应力信息检测硬件系统包括：超声波信号发射和接收器、超声波信号转换器、数字示波器、钢构件应力加载和控制器；

其中，超声波信号转换器为超声横波探头和超声纵波探头，直径6mm，中心频率5MHz，主要频率范围0～10MHz，入射超声波为多频率耦合简谐脉冲波；

应力加载和控制器为电液伺服万能试验机，其最大压力为1000KN。

5.根据权利要求3所述的基于超声横纵波结合的钢构件平面应力检测方法，其特征在于，

对复制试件逐级施加单向压应力时，最大应力不超过试件材料的屈服应力，使试件始终处于弹性状态。

6.根据权利要求3所述的基于超声横纵波结合的钢构件平面应力检测方法，其特征在于，

在标定点处依次发射超声横波和纵波，将横波探头与水平方向以任意θ角度入射超声横波脉冲，采集并储存第一组回波时域信号；

将横波探头旋转π/2角度，以θ+π/2角度再次入射，采集并储存第二组回波时域信号；

将纵波探头置于同一标定点发射纵波脉冲，采集并储存第三组回波时域信号。