基于涡流响应曲面的铝合金板材残余应力检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及残余应力检测方法，尤其是涉及基于涡流响应曲面的铝合金板材残余 应力检测方法。
【背景技术】
[0002] 铝合金作为制造业发展的基础材料，在航空航天、高速铁路、船舶制造、汽车工业 等支柱产业中有着重要地位。残余应力往往是造成铝合金结构破坏的重要因素。有效的评 价应力状态，特别是导致损伤出现的临界应力状态是评价设备结构强度、可靠性的重要依 据。目前，应用较多的残余应力检测法有盲孔法、X射线法、超声波法以及磁测法 [1]~[4]，这 些方法在使用上存在很大的局限性。盲孔法需要在材料表面加工小孔，对材料是一种损伤； X射线法检测设备昂贵，并且对检测人员技术水平要求较高，仅适合于实验室使用；超声波 法需要耦合剂，难以检测形状复杂的构件；磁测法局限于磁性材料检测，不适用于铝合金等 非铁磁性材料。涡流检测检测方法具有非接触、设备简单、适用范围广等优点，现有残余应 力涡流检测研宄基本局限于原理和机理研宄 [5]~[7]，还未提出完整的采用涡流检测方法检 测铝合金板材的残余应力。
[0003] 而且目前的一般检测中，存在只能检测残余应力大小而不能检测柱应力方向的缺 陷。
[0004] 参考文献：
[0005] [1]张晓宏，赵海燕，蔡志鹏，吴甦.小孔法测量残余应力时孔边塑性应变的有限 元分析及修正[J].机械工程学报，2005,41 (3) :193-200.
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[0007] [3]朱伟，彭大暑，杨立斌，张辉·超声波法测定残余应力的原理及其应用[J]·计 量与测试技术，2001，28 (6) :25-26.
[0008] [4]尹何迟，颜焕元，陈立功，倪纯珍.磁巴克豪森效应在残余应力无损检测中的 研宄现状及发展方向[J].无损检测，2008, 30(1) :34-37.
[0009] [5]周德强.航空铝合金缺陷及应力脉冲涡流无损检测研宄[D].南京航空航天大 学，2010.
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【发明内容】
[0012] 本发明的目的是提供一种无需昂贵的检测设备及耦合剂等，可方便地检测残余应 力的大小及方向的基于涡流响应曲面的铝合金板材残余应力检测方法。
[0013] 本发明采用如下技术方案：
[0014] 基于涡流响应曲面的铝合金板材残余应力检测方法，所采用的检测装置主要由信 号发生器、功率放大器、电桥电路、差分放大器、前置放大器及PCI数据采集卡组成，信号发 生器信号输出端接功率放大器输入端，功率放大器输出端接电桥电路输入端，为避免温漂 等影响，电桥电路中的2个桥臂为相同的矩形线圈，其中1个作为检测线圈，另1个作为参 考线圈；另2个桥臂为电阻，电桥电路输出端接差分放大器输入端，差分放大器输出端接前 置放大器输入端，前置放大器输出端接PCI数据采集卡输入端；
[0015] 所述检测方法，包括以下步骤：
[0016] 1)建立错合金涡流响应曲面
[0017] 采用基础实验与数值仿真相结合的方法建立涡流响应曲面；基础实验是进行铝合 金板材单向拉伸实验，试件设计根据国家标准GB/T 228-2002 ;采用所述检测装置检测涡 流信号，涡流信号为检测线圈的输出电压；采用电子引申计测量试件的应变，得到应变与涡 流信号的关系，V x=f(e x);通过仿真，改变材料的电导率，计算涡流响应，将仿真结果与实 验结果对比，得到单向应力状态下电导率与应变的关系〇x=f( e χ);对复杂应力状态，仍 然采用仿真的方法建立应力状态与涡流响应间的关系一一涡流响应曲面；然后取不同的主 应力S 11和s 22，利用虎克定律计算对应的主应变：
【主权项】
1. 基于涡流响应曲面的铝合金板材残余应力检测方法，其特征在于， 所采用的检测装置包括信号发生器、功率放大器、电桥电路、差分放大器、前置放大器 及PCI数据采集卡组成；信号发生器信号输出端接功率放大器输入端，功率放大器输出端 接电桥电路输入端，电桥电路中的2个桥臂为相同的矩形线圈，其中1个作为检测线圈，另 1个作为参考线圈；另2个桥臂为电阻，电桥电路输出端接差分放大器输入端，差分放大器 输出端接前置放大器输入端，前置放大器输出端接PCI数据采集卡输入端； 所述检测方法，包括以下步骤： 1) 建立铝合金涡流响应曲面 采用基础实验与数值仿真相结合的方法建立涡流响应曲面；基础实验是进行铝合金板 材单向拉伸实验，试件设计根据国家标准GB/T228-2002 ;采用所述检测装置检测涡流信 号，涡流信号为检测线圈的输出电压；采用电子引申计测量试件的应变，得到应变与涡流信 号的关系，Vx=f(ex);通过仿真，改变材料的电导率，计算涡流响应，将仿真结果与实验结 果对比，得到单向应力状态下电导率与应变的关系〇x=f(ex);对复杂应力状态，仍然采 用仿真的方法建立应力状态与涡流响应间的关系一一涡流响应曲面；然后取不同的主应力 sn和s22，利用虎克定律计算对应的主应变：
由。x=f(ex)，可得两个主应变分别对应的电导率和。2，通过电各向异性材料涡 流响应仿真可得主应力sn和s22对应的涡流响应分别V:和V2，求出二者之和，就可得到应 力-涡流响应曲面；将响应曲面采用数据文件的形式存储； 2) 线圈扫描 采用矩形线圈检测涡流信号的大小，同时记录最大涡流信号出现的方位；检测时，将线 圈所在平面与检测件表面垂直，参考线圈放置在与待检测件相同的、无应力的材料表面；检 测线圈进行旋转扫描，对每个检测点，检测线圈需旋转3~5周，记录每周的检测数据；在待 检测件表面移动线圈，可实现对整个检测件的检测； 3) 信号处理与应力状态识别 根据已建立的涡流响应曲面以及检测涡流信号，反推主应力大小及方向；矩形线圈在 旋转扫描过程中，检测信号出现极值的方位，对应的就是主应力的方向；检测线圈在旋转过 程中输出的涡流响应极值若为％和V2，可通过两信号比值及两信号和在涡流响应曲面上读 出对应了主应力大小；检测线圈每旋转一周可记录一次涡流响应极值，多次记录的平均值 作为涡流响应极值VJPV2。
2. 如权利要求1所述基于涡流响应曲面的铝合金板材残余应力检测方法，其特征在 于，在步骤3)中，所述主应力大小的识别方法如下： (1) 探头旋转扫描，测得两个感应电压极值％和V2; (2) 计算感应电压极值的比值t=Vi/V2及感应电压的和Vs=Vi+V2; (3) 根据感应电压极值的比值，由感应电压比值与主应力比值的关系f(^)，反演 计算主应力比值sr; (4) 利用已建立的应力响应曲面，即主应力合成与涡流信号的关系，^=以81，82)以及 主应力比值sr，反演计算主应力的大小。
【专利摘要】基于涡流响应曲面的铝合金板材残余应力检测方法，涉及残余应力检测方法。基于涡流响应曲面的铝合金板材残余应力检测方法，所采用的检测装置主要由信号发生器、功率放大器、电桥电路、差分放大器、前置放大器及PCI数据采集卡组成，信号发生器信号输出端接功率放大器输入端，功率放大器输出端接电桥电路输入端，为避免温漂等影响，电桥电路中的2个桥臂为相同的矩形线圈，其中1个作为检测线圈，另1个作为参考线圈；另2个桥臂为电阻，电桥电路输出端接差分放大器输入端，差分放大器输出端接前置放大器输入端，前置放大器输出端接PCI数据采集卡输入端；检测方法：1)建立铝合金涡流响应曲面；2)线圈扫描；3)信号处理与应力状态识别。
【IPC分类】G01L1-12
【公开号】CN104807566
【申请号】CN201510266924
【发明人】李俭, 曾志伟, 汪涛
【申请人】厦门大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月22日