[发明专利]一种基于Lamb波双模态声时比的复合材料空耦超声平面应力检测方法

权利要求书

1.一种基于Lamb波双模态声时比的复合材料空耦超声平面应力检测方法，其特征在于，所述检测方法具体包括以下步骤：

步骤一：组装检测设备；

步骤二：基于步骤一的检测设备和Lamb波双模态声时比，采用单向加载应力，得到不同的应力系数关系；

步骤三：基于步骤二的应力系数关系，求解应力系数；

步骤四：基于步骤三的应力系数，获取三个声时比；

步骤五：基于步骤四的声时比描述检测点的应力状态；

步骤六：重复步骤四和步骤五，直至完成检测扫描。

2.根据权利要求1所述一种基于Lamb波双模态声时比的复合材料空耦超声平面应力检测方法，其特征在于，所述步骤一具体为，所述检测设备包括函数信号发生器、50欧姆负载、低通滤波器、高速采集板、抗混叠滤波器、前置放大器、上位机、激励空耦换能器(1)、接收空耦换能器(2)和复合材料板(3)；

所述函数信号发生器发出的信号经过50欧姆负载、低通滤波器和激励空耦换能器(1)发射至复合材料板(3)，所述复合材料板(3)将接收到的信号反射回接收空耦换能器(2)，所述接收空耦换能器(2)将信号通过前置放大器、抗混叠滤波器和高速采集板传输至上位机。

3.根据权利要求1所述一种基于Lamb波双模态声时比的复合材料空耦超声平面应力检测方法，其特征在于，所述步骤二中的Lamb波双模态声时比具体为，定义声速矩阵[V_ij]：

V_ij＝(V_ij)₀+ΔV_ij,ΔV_ij＝α_ijσ_kl (1)

其中α_ij为表征正交各向异性应力系数矩阵，其形式类似于刚度矩阵：

对于在XOY平面内的平面应力问题有，σ_zz＝σ_xz＝σ_yz＝0；则：

声速变化矩阵[ΔV_ij]具有和应力相似的矢量分解特性，则[ΔV_ij]的主值如下：

任意方向应力与主应力σ₁和σ₂有如下关系：

将(6)式代入(4)式，得到平面应力状态下的任意方向的声速变化ΔV_ω为：

将(5)式代入(7)式可得速度的变化与平面主应力的关系为，

引入以下常数：

(8)式可化为：

ΔV_ω＝K₁σ₁+K₂σ₂

K₁＝n₁(cos2θ+cos2ω)+n₂+n₃cos2θcos2ω+n₄sin2θsin2ω (10)

K₂＝-n₁(cos2θ-cos2ω)+n₂-n₃cos2θcos2ω-n₄sin2θsin2ω

式中，K₁和K₂分别为速度的变化与平面主应力σ₁和σ₂的比例系数。

4.根据权利要求3所述一种基于Lamb波双模态声时比的复合材料空耦超声平面应力检测方法，其特征在于，Lamb波在复合材料板中传播，其对称模态和反对称模态的相速度可以表示为：

式中，V_S0σ和V_A0σ分别为应力状态下对称模态和反对称模态的相速度，V_S0和V_A0分别为无应力状态下对称模态和反对称模态的初始相速度。