[发明专利]一种测量各向异性材料平面应力的装置

摘要

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。

主权项

1.一种测量各向异性材料平面应力的装置，其特征在于该装置包括超声换能器组、超声斜入射楔块(2)、信号发生器(3)、数字示波器(4)和分析处理软件(5)；/n所述超声斜入射楔块(2)的形状为正八边形，斜入射角为34°；/n所述超声换能器组包括第一超声纵波激发探头(11)、第二超声纵波激发探头(12)、第三超声纵波激发探头(13)、第一超声纵波接收探头(14)、第二超声纵波接收探头(15)和第三超声纵波接收探头(16)，六个探头均与超声斜入射楔块(2)固定连接，所述第一超声纵波激发探头(11)和第一超声纵波接收探头(14)处于竖直方向对应放置，所述第二超声纵波激发探头(12)和第二超声纵波接收探头(15)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(13)和第三超声纵波接收探头(16)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；/n所述第一超声纵波激发探头(11)、第二超声纵波激发探头(12)和第三超声纵波激发探头(13)分别与信号发生器(3)通过信号线连接；/n所述第一超声纵波接收探头(14)、第二超声纵波接收探头(15)和第三超声纵波接收探头(16)分别与数字示波器(4)通过信号线连接；/n所述信号发生器(3)与数字示波器(4)连接，实现信号同步；/n所述分析处理软件(5)与所述数字示波器(4)连接；/n所述超声斜入射楔块斜入射角的确定方法具体为：/n一、准备无应力状态的复合材料层合板试样作为待测材料，沿待测材料测量与纤维方向呈0-90°的方向纵波的传播速度，即为待测材料的声速V_L2；/n二、根据斯涅耳定律及步骤一测得的纵波的传播速度，按照公式V_L1sinθ₂＝V_L2sinθ₁，令θ₂＝90°，计算得到所需斜入射楔块的入射角θ₁＝arcsin(V_L1/V_L2)；/n其中V_L1为斜入射楔块的声速，V_L2为待测材料的声速，θ₁为斜入射楔块的入射角、θ₂为待测材料的临界折射角；/n所述装置引入影响超声波传播的各向异性声应力系数，得到检测信号声时差与材料所受应力间的关系式，/nB＝K₁σ₁+K₂σ₂/nK₁＝m₁(cos2θ+cos2ω)+m₂+m₃cos2θcos2ω+m₄sin2θsin2ω/nK₂＝-m₁(cos2θ-cos2ω)+m₂-m₃cos2θcos2ω-m₄sin2θsin2ω/n其中B为临界折射纵波在材料中传播的声时差，ω为检测方向与材料主方向的夹角，m₁、m₂、m₃、m₄为各向异性声应力系数，σ₁为被测材料所受的第一主应力、σ₂为被测材料所受的第二主应力、θ为第一主应力σ₁与材料主方向的夹角；/n式中各向异性声应力系数与材料特性有关，需要选取待测材料无应力试块进行单向拉伸实验来标定。/n