一种针对变截面构件体内微裂纹的非经典非线性检测方法

摘要

本发明公开了一种针对变截面构件体内微裂纹的非经典非线性检测方法，所述方法是在变截面构件的一端耦合聚能换能器，使变截面构件另一端处于自由状态；通过聚能换能器对变截面构件一端施加受迫周期振动力以激发大应变波，大应变波在变截面构件体内微裂纹处激发非经典非线性声波传播，从而得到高次奇谐波；然后采用固定在变截面构件长度方向上的四个激光位移传感器进行非接触式测量，通过计算机处理得到微裂纹所在位置和宽度。采用本发明方法能有效识别和定位变截面构件体内的微裂纹，且精确度高，不受传播损耗影响，为工程领域提供了一种早期发现和定位变截面构件体内微裂纹的有效途径，具有显著性实用价值。

主权项

一种针对变截面构件体内微裂纹的非经典非线性检测方法，其特征在于：在变截面构件的一端耦合聚能换能器，使变截面构件另一端处于自由状态；通过聚能换能器对变截面构件一端施加受迫周期振动力以产生ε≥10^‑6的大应变波，使大应变波在变截面构件体内微裂纹处激发非经典非线性声波传播，从而得到高次奇谐波；然后采用固定在变截面构件长度方向上的四个激光位移传感器进行非接触式测量；计算机通过处理采集的四个激光位移传感器的信号，得到a、b、c、d四个固定点的三次谐波纵向位移和代入公式1计算三次谐波解的系数和和将所得系数再代入公式2中，即可计算得到微裂纹所在位置x1和宽度d；所述的公式1如下所示：$\left\{\begin{array}{c}{A}_2^{\left(3L\right)}={\mathrm{Am}}_2^{\left(3L\right)}\sin \left({\phi }_2^{\left(3L\right)}\right)\\ B_2^{\left(3L\right)}={\mathrm{Am}}_2^{\left(3L\right)}\cos \left({\phi }_2^{\left(3L\right)}\right)\end{array}\right.$和$\left\{\begin{array}{c}{A}_2^{\left(3R\right)}={\mathrm{Am}}_2^{\left(3R\right)}\sin \left({\phi }_2^{3R}\right)\\ B_2^{\left(3R\right)}={\mathrm{Am}}_2^{\left(3R\right)}\cos \left({\phi }_2^{\left(3R\right)}\right)\end{array}\right.;$其中：$\left\{\begin{array}{c}{\phi }_2^{\left(3L\right)}={-3\mathrm{kx}}_a+a\tan \left(\frac{\sin 3\mathrm{k\Delta }}{C1\sqrt{\frac{S(x_a+\Delta )}{S\left(x_a\right)}}-\cos 3\mathrm{k\Delta }}\right)\\ {\mathrm{Am}}_2^{\left(3L\right)}=\frac{{\xi }_2^{\left(3L\right)}(x_a,t)}{\sin ({3\mathrm{kx}}_a+{\phi }_2^{\left(3L\right)})\cos \left(3\mathrm{\omega t}\right)}\sqrt{\frac{S\left(x_a\right)}{S\left(0\right)}}\end{array}\right.;$$\left\{\begin{array}{c}{\phi }_2^{\left(3R\right)}={-3\mathrm{kx}}_a+a\tan \left(\frac{\sin 3\mathrm{k\Delta }}{C2\sqrt{\frac{S(x_c+\Delta )}{S\left(x_c\right)}}-\cos 3\mathrm{k\Delta }}\right)\\ {\mathrm{Am}}_2^{\left(3R\right)}=\frac{{\xi }_2^{\left(3R\right)}(x_c,t)}{\sin ({3\mathrm{kx}}_c+{\phi }_2^{\left(3R\right)})\cos \left(3\mathrm{\omega t}\right)}\sqrt{\frac{S\left(x_c\right)}{S\left(0\right)}}\end{array}\right.;$$\left\{\begin{array}{c}C1=\frac{{\xi }_2^{\left(3L\right)}(x_b,t)}{{\xi }_2^{\left(3L\right)}(x_a,t)}\\ C2=\frac{{\xi }_2^{\left(3R\right)}(x_d,t)}{{\xi }_2^{\left(3R\right)}(x_c,t)}\end{array}\right.;$所述的公式2如下所示：$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=\frac{1}{3k}a\tan \frac{A_2^{\left(3R\right)}-A_2^{\left(3L\right)}}{B_2^{\left(3L\right)}-B_2^{\left(3R\right)}}\\ d=\frac{1}{2}{A}_2^{\left(3L\right)}\sqrt{S\left(x_1\right)/S\left(0\right)}\frac{\lambda 6\mathrm{kS}\left(0\right)+S_x\left(0\right)}{(\cos \left({3\mathrm{kx}}_1\right)-\lambda \sin \left({3\mathrm{kx}}_1\right))R\left(x_1\right)}\end{array}\right.;$其中:$\left\{\begin{array}{c}\lambda =\frac{6\mathrm{kS}\left(L\right)\tan \left(3\mathrm{Lk}\right)+S_x\left(L\right)}{\tan \left(3\mathrm{Lk}\right)S_x\left(L\right)-6\mathrm{kS}\left(L\right)}\\ \gamma =\frac{S_x\left(0\right)}{\mathrm{kS}\left(0\right)}\\ R\left(x\right)=\mathrm{sign}\left(H\left(x\right)\right)·\left[\frac{91}{105\pi }\alpha (S_x\left(x\right)H{\left(x\right)}^2+2S\left(x\right)H\left(x\right)H_x\left(x\right))\right]\end{array}\right.$上面公式中和表示微裂纹左边位移的振幅系数；和表示微裂纹右边的振幅系数；S(x)代表变截面构件在x处的截面积；S_x(x)代表在截面积关于x的导数；H(x)和H_X(x)分别代表主应变幅度和主应变幅度关于x的导数；k为波速；L为变截面构件的长度；△为相邻两激光位移传感器的间距；α为非经典非线性参数。