[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

说明书

本发明涉及一种基于超声横纵波结合的钢构件平面应力检测方法，获取需检测的在役钢结构构件复制试件；对复制试件进行标定实验，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；确定检测点，对在役钢构件进行超声实验，获取检测点处横波和纵波回波时域信号；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检测公式，得到钢构件平面应力信息。本发明的方法，能够实现对不同材料不同厚度的在役钢板构件平面应力信息的直接检测，且测试仪器安装方便、成本低、易于实现。

技术领域

本发明属于钢结构构件应力无损检测领域，尤其涉及一种基于超声横纵波结合的钢构件平面应力检测方法。

背景技术

建筑钢构件由于其焊接需要，板结构是主要的结构形式之一。钢板构件作为常用的钢结构构件，在土木工程的多个领域得到较为广泛的应用。实际工程中，大多数钢板构件处于平面应力状态，其内部平面应力的识别是获取钢板构件真实应力状态的关键、是判断钢结构能否正常服役的指标。为了准确地了解和掌握钢板构件内部的平面应力状态和服役表现，有必要开发一种直接、灵敏、高效的应力检测方法。

超声波应力检测方法能够无损检测钢构件的内部应力，穿透性强，精度较高，设备操作简单且便于携带。目前，超声无损应力检测被广泛应用在一维问题上。而在二维和平面应力问题中，主要是由不同方向的一维应力的检测和组合去描述。然而这种简单组合并未考虑应力耦合对超声波传播造成的影响，如何正确有效地分离平面应力各个分量，获取应力分量的大小和方向，是平面应力检测的重点和难点。

在早期的研究中，声时法被用于捕捉超声波波速。其原理是通过一定声程内传播声时的变化表征波速的变化。然而，由于波速的变化是微小的，声时法对采集仪器的要求较高，同时特征量相对单一，难以提取较多的应力信息。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种基于超声横纵波结合的钢构件平面应力信息检测方法，实现对在役钢结构构件平面应力信息的无损检测。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种基于超声横纵波结合的钢构件平面应力检测方法，包括以下步骤：

S1、获取需检测的在役钢结构构件复制试件；

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。

优选地，所述复制试件与原钢构件的厚度、材质、强度均相同，按比例缩小。

优选地，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；