基于超声回波相位谱的钢构件单轴应力识别方法研究

发布时间：2020-09-04 15:32

　　钢结构构件应力的无损检测是评价在役钢结构性能演化及安全性的重要手段之一。已有的无损检测方法中,超声波法相比于其他方法具有可定向发射、穿透力强、测量仪器方便携带等优点,受到国内外学者的关注。目前对于钢构件单轴应力识别的研究主要集中在超声声时法上,而超声声时法由于时域信号成分复杂、可利用的信息较为单一等不足,难以保证应力识别的精度。在超声检测中引入谱分析技术可以更充分地利用信号中的信息,有利于应力识别精度的提升。另外,材料正交方向的影响在一般轴向受力构件的应力识别中往往不予考虑,但对于具有一定偏转角的钢构件而言,这种影响是不可忽略的。基于上述,本文利用超声回波相位谱对一般轴向受力构件和具有一定偏转角的钢构件分别提出了相应的单轴应力识别方法。主要研究内容如下:基于超声回波相位谱的简化单轴应力识别理论公式的建立。首先利用声弹性原理,阐明了构件轴向受力时两波分量波速与应力的关系。其次基于横波双折射效应,通过建立超声回波的数学模型,给出了包含应力信息的相位差及其变化率的表达式。进而通过分析从中提取的相位差变化率极大值与两波分量波速的关系,推导出了基于超声回波相位谱的简化单轴应力识别理论公式。考虑材料正交方向的单轴应力识别理论公式的建立。通过将钢构件材料正交轴相对于构件轴偏转的影响体现在新坐标系中,确定了新坐标系下两波分量波速与应力的关系。在此基础上,建立超声回波的新模型,从相位差变化率中提取出第一特征频率,并将之与两波分量波速建立关系,进而推导出考虑材料正交方向的单轴应力识别公式。通过对比具有不同偏转角的钢构件在不同入射角下的相位差,验证了材料正交方向的影响。基于超声回波相位谱的单轴应力识别及结果验证。基于搭建的应力识别系统和建立的简化单轴应力识别公式,通过初步试验说明识别公式的准确性,提出相应的应力识别实施方法,并在此基础上进行试件特征参数的标定试验和试件的识别试验,对试验结果进行误差分析,验证识别公式的准确性。同时对考虑材料正交方向的单轴应力识别公式,同样提出相应的应力识别实施方法,并进行应力识别试验,以说明此方法的有效性。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU391
【部分图文】：

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基于超声回波相位谱的钢构件单轴应力识别系统

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图 4-1 基于超声回波相位谱的钢构件单轴应力识别系统文以晶粒较细的轧制钢板为研究对象，为此选用了频率较高的线入射横波探头，其标称频率为 5 MHz，主要频带为 0-10 MH内的特征频率会比较明显。户界面形式的软件开发文基于 Qt Creator 创建了一个桌面应用，其中利用了 QCustom数据的可视化，其窗口如图 4-2 所示。超声波发射接收器超声纯横波探头

信号数据,文件,图形,鼠标拖动

如图4-3 所示。（2）作图：将读取的信号数据绘出，并自动缩放坐标轴范围，使绘出的图形完全适应于图框，如图 4-4 所示。可以用鼠标拖动或者用滚轮缩放图形。图 4-3 读取信号数据文件图 4-4 作图

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