[发明专利]一种基于非线性超声的金属早期疲劳损伤检测方法及系统

说明书

本发明公开一种基于非线性超声的金属早期疲劳损伤检测方法及系统，包括：金属试件经分阶段的疲劳加载后，对不同疲劳寿命阶段进行非线性超声检测，得到非线性响应信号；提取非线性响应信号的基波和三次谐波，以此得到三阶非线性系数，根据三阶非线性系数构建早期疲劳损伤模型；获取金属试件金相分析后在不同疲劳寿命阶段的微观组织演化信息；基于微观组织演化信息和早期疲劳损伤模型反演被测金属的疲劳状态，得到被测金属的疲劳检测结果。基于非线性响应信号中的基波和三次谐波，得到非线性特征参数；基于试件的微观组织演化，建立早期疲劳损伤演化与非线性特征参数的识别映射关系，实现早期损伤的准确识别和评估。

技术领域

本发明涉及金属早期疲劳损伤检测技术领域，特别是涉及一种基于非线性超声的金属早期疲劳损伤检测方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

铝合金材料应用广泛，在航天航空，轨道交通等领域是关键部件的常用材料。在长期服役期间，不仅会产生疲劳损伤，而且会发生老化、腐蚀等形式的早期损伤，从而引起力学性能下降，结构强度降低导致部件结构失效。因此，开展铝合金材料早期损伤的评估、诊断，以及预警，具有重要的工程意义。

目前，对于早期金属疲劳损伤监测国内外研究较多，主要包括超声导波、电磁和激光三种常用检测方法。超声导波的优势：损耗小，传播距离远，成本低。超声导波包含线性超声和非线性超声，许多研究者研究证明，非线性超声导波检测方法相较于其他方法，对于金属材料微小损伤及结构早期疲劳性能退化的更为敏感，检测灵敏度更高。但是基于非线性超声的金属材料的早期疲劳损伤的状态检测研究尚处于起步阶段，因此开展非线性超声早期疲劳损伤检测具有极其重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于非线性超声的金属早期疲劳损伤检测方法及系统，基于非线性响应信号中的基波和三次谐波，得到非线性特征参数；基于试件的微观组织演化，建立早期疲劳损伤演化与非线性特征参数的识别映射关系，实现早期损伤的准确识别和评估。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于非线性超声的金属早期疲劳损伤检测方法，包括：

金属试件经分阶段的疲劳加载后，对不同疲劳寿命阶段进行非线性超声检测，得到非线性响应信号；

提取非线性响应信号的基波和三次谐波，以此得到三阶非线性系数，根据三阶非线性系数构建早期疲劳损伤模型；

获取金属试件金相分析后在不同疲劳寿命阶段的微观组织演化信息；

基于微观组织演化信息和早期疲劳损伤模型反演被测金属的疲劳状态，得到被测金属的疲劳检测结果。

作为可选择的实施方式，三阶非线性系数的获取过程包括：根据超声导波在金属的传播特性得到超声导波的频散曲线，基于频散曲线提取基波和三次谐波。

作为可选择的实施方式，基于超声导波的频散曲线得到基波与三次谐波相速度匹配的模态，以此提取基波和三次谐波。

作为可选择的实施方式，三阶非线性系数的获取过程包括：根据三次谐波幅值与基波幅值的比值得到三阶非线性系数。

作为可选择的实施方式，在对金属试件进行经分阶段的疲劳加载过程包括，对标准金属试件进行疲劳加载，直至标准金属试件断裂，则疲劳加载次数为疲劳总寿命；对疲劳总寿命进行划分后，对金属试件进行经分阶段的疲劳加载。

作为可选择的实施方式，三阶非线性系数的获取过程包括：对非线性响应信号采用带通滤波器进行小波降噪处理后，提取基波和三次谐波。

作为可选择的实施方式，通过构建微观组织演化信息和早期疲劳损伤模型的映射关系，反演疲劳状态。