CN113899479A - 一种面向机身结构的t型r区应力超声检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种面向机身结构的T型R区应力超声检测方法，将单阵元斜探头放置于T型待检测构件背部平面，对内部的R区进行应力检测；由于R区构件的应力主要集中在R区表面附近，将应力检测的平均应力值等效为R区表面附近应力值，实现对R区构件平面应力的定性表征，对于R区表面的一点P，选取两个固定折射方向θ₁、θ₂的单阵元斜探头超声换能器分别进行纵波应力检测得到其对应的传播时间t₁、t₂，通过纵波应力检测原理可以分别得到两个方向的应力值σ^1*、σ^2*，并结合莫尔圆应力理论得到T型检测件R区表面测量点P的X、Y方向的两主应力大小。

Description

一种面向机身结构的T型R区应力超声检测方法

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，具体地，涉及一种面向机身结构的T型R区应力超声检测方法。

背景技术

相较于世界先进的国家，我国当下的航空维修检测技术还存在一定的不足，即使是近年来经过了较为快速的发展，但是我国飞机无损检测技术在尖、精、高等方面还应当不断进行强化，尤其飞机内部自检测方面的相关技术还应当确保能够真正应用于飞机维修中。

在各种机械和机器的制作过程中，构件内部均将产生残余应力，所产生的残余应力状态，随各种加工方法或处理方法不同而又较大差别。残余应力以及残余应力分布不均将对构件的疲劳强度、静态强度、结构变形和使用寿命等方面产生重大影响。比如，焊缝残余应力的影响贯穿焊接结构全寿命周期，焊缝残余应力会导致焊缝处出现严重的应力集中，从而导致焊缝产生微裂纹，而这些裂纹在一定条件下会导致焊接件开裂。

为了适合不同的使用场合，在航空航天的构件中多数构件具有复杂的外形结构区，如L型构件、T型构件、Ω型构件等统称为R区。机身结构R过渡区是应力集中区域，在生产制造以及使用过程中容易产生裂纹、空隙等缺陷会发生断裂等现象。为了保证飞机的使用寿命以及用户使用的安全可靠性需求，必须充分重视在结构设计、制造工艺和服役过程中产生的残余应力，对机身结构R区采用准确可靠的无损检测技术进行应力场检测，安全性能评估，采取措施，找好对策，对于保障生产、稳定质量、延长寿命等方面具有十分重要的意义。

相对于其他残余应力无损检测方法，超声无损检测具有检测速度快、人体无辐射伤害、成本低、拥有较佳的空间分辨率和较大范围的检测深度、可实现现场手持便于携带、能够完成表面及次表面宏观参与应力大小与拉压状态的检测等诸多优势，一直以来受到国内外学者的广泛关注。大连理工大学提出一种直耦造波的表面残余应力超声检测方法(一种直耦造波的表面残余应力超声检测方法。公开号：CN106679872B)。该方法采用了耦合剂直接耦合的造波方式，超声波经单一耦合剂介质，直接入射至被测材料，采用的直耦造波式超声探头为“一发双收”的应力测量模式。首先设计并组装直耦造波式超声探头，将组装后的直耦造波式超声探头放置到被测材料的表面，并保持测量基面与表面充分接触。耦合剂经由阀口被稳定注入到耦合剂空腔中，形成超声波直接传播通路，进行表面残余应力超声检测。该方法同时完成造波与耦合，超声波传播界面少，保证了接收信号质量，提高了信噪比。采用的应力测量模式，保证声时差计算精度，提高了测量空间分辨率。该方法存在的问题在于：对于检测表面平面度有一定要求，无法适合机身结构T型R区的应力检测。

广西南南铝加工有限公司提出一种铝合金残余应力无损检测方法及设备(一种铝合金残余应力无损检测方法及设备。公开号：CN111623913A)。通过分别制备平行和垂直铝合金主变形方向的近零残余应力样品，对样品进行不同退火处理，建立样品的退货状态-电导率数据库以及建立第一应力-声时差数据库和第二应力-声时差数据库，然后对实际待进行残余应力无损检测的铝合金进行电导率检测，并在退火状态-电导率数据库中获得相应的退火状态，将退火状态输入第一应力-声时差数据库和第二应力-声时差数据库获取相应的应力-声时差曲线，采集铝合金被检测位置平行和垂直铝合金主变形方向的声时差数据，最后将采集的声时差数据带入应力-声时差曲线以获得相应的残余应力。该发明能够实现高精度、可重复的无损检测。该方法存在的问题在于：该方法及设备对待检件进行残余应力检测时需要将待检件独立操作，无法适用于机身结构T型R区的应力在役检测。

北京理工大学提出了一种残余应力非线性超声检测方法(一种残余应力非线性超声检测方法。公开号：CN108225632A)。利用超声二阶和三阶非线性系数与残余应力的对应关系，通过水耦或空气耦合可以非接触地检测构件内部残余应力，经过研究和试验验证发现，该方法具有正确的理论基础、可行的技术方案、有效的实施方法和可靠可重复的检测结果，从根本上解决了大型构件内部残余应力的快速无损检测的根本需求。该方法存在的问题在于：该方法对待检件进行残余应力检测时需要将待检件独立操作，无法适用于机身结构T型R区的应力在役检测。

目前，市场上对于待测件进行超声应力检测往往是面向平板、螺栓、焊缝等常见结构，且需要对待测件独立操作。然而，在航空航天实际检测需求中，具有R区的机身构件也亟待有相应的检测方法对其进行应力无损检测。综上所述，目前市场缺乏一种可以面向机身结构的T型R区应力超声检测方法，对其应力进行在役检测及定性定量表征。

发明内容

针对上述机身结构T型R区应力超声检测现有技术的不足，本发明提出了一种面向机身结构的T型R区应力超声检测方法，将单阵元斜探头放置于T型待检测构件背部平面，对内部的R区进行应力检测。由于R区构件的应力主要集中在R区表面附近，将应力检测的平均应力值等效为R区表面附近应力值，实现对R区构件平面应力的定性表征。基于以上假设前提，对于R区表面的一点P，选取两个固定折射方向θ₁、θ₂的单阵元斜探头超声换能器分别进行纵波应力检测得到其对应的传播时间t₁、t₂。通过纵波应力检测原理可以分别得到两个方向的应力值σ^1*、σ^2*，并结合莫尔圆应力理论可得T型检测件R区表面测量点P的X、Y方向的两主应力大小。

一种面向机身结构的T型R区应力超声检测方法：

所述方法具体包括以下步骤：

步骤一：将单阵元斜探头1放置于T型待检测件2背部平面，对内部的R区进行应力检测；

步骤二：结合莫尔圆应力理论，确定应力圆的半径以及圆心点的位置；

步骤三：应力超声检测；将应力检测的平均应力值等效为R区表面附近应力值，得到T型检测件2的R区表面测量点P的X、Y方向的两主应力大小。

进一步地，在步骤二中，

选择两个相互垂直的平面，通过这两个平面上的应力(σ_x,τ_xy)、(σ_y,τ_yx)确定的连线作为应力圆的一条直径；则这两个应力点距离的二分之一为应力圆的半径，两应力点的中心位置为应力圆的圆心，应力圆的公式如下：

式中，σ_α、τ_α为任意平面上的正应力和剪应力；σ_x、σ_y、τ_xy为任意角上的正应力和剪应力；

以主应力(σ₁，0)、(σ₂，0)为起始，以波速传播方向与最大主应力夹角θ的2倍进行逆时针方向旋转；此时与莫尔应力圆的两个交点的该方向上的两个主应力分别为：

进一步地，在步骤三中，

对于R区表面的一点P，选取两个固定折射方向θ₁、θ₂的单阵元斜探头超声换能器分别进行纵波应力检测得到其对应的传播时间；

根据对应的传播时间，通过纵波应力检测原理分别得到两个方向应力值σ^1*和σ^2*，并结合莫尔圆应力理论可得T型检测件2的R区表面测量点P的X、Y方向的两主应力大小；

两方向的应力值与两个主应力值的关系如下，

σ^1*＝σ₁cos²θ₁+σ₂sin²θ₁

σ^2*＝σ₁cos²θ₂+σ₂sin²θ₂ (3)

求解公式(3)，得到T型检测件2的测量点P点的X、Y方向的两个主应力值：

本发明有益效果

(1)本发明面向机身结构的T型R区，基于纵波应力检测原理以及莫尔圆应力理论对R区表面测量点进行应力超声检测，并进行定性定量表征；

(2)为了验证本发明所提出方法的性能，针对一个高光谱视频数据集进行验证。数据来源于“Hyperspectral Object Tracking Challenge”大赛官方，包括40组训练集视频和35组测试集视频，每组视频内包括一个16波段(470-620nm)的高光谱视频，和一个以相同角度、距离、分辨率拍摄的RGB视频，每个视频约为500帧，视频帧数为25FPS，待跟踪目标在初始帧以其被包围的最小矩形框的顶点及长和宽的形式给出，目标涵盖车辆、人体、书籍、硬币等诸多类型，均为普通近距图像，非遥感图像。实验结果表明了本发明提出的基于深度张量的高光谱视频目标跟踪方法能够实现对高光谱视频中的目标实时、准确的跟踪。

附图说明

图1是本发明的超声检测装置结构示意图；其中1为单阵元斜探头，2为T型检测件；

图2是莫尔圆应力理论示意图；

图3是T型R区应力检测示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1至图3，

一种面向机身结构的T型R区应力超声检测方法：

所述方法具体包括以下步骤：

步骤一：将单阵元斜探头1放置于T型待检测件2背部平面，对内部的R区进行应力检测；由于R区构件的应力主要集中在R区表面附近，将应力检测的平均应力值等效为R区表面附近应力值；

步骤二：结合莫尔圆应力理论，确定应力圆的半径以及圆心点的位置；

步骤三：应力超声检测；将应力检测的平均应力值等效为R区表面附近应力值，得到T型检测件2的R区表面测量点P的X、Y方向的两主应力大小。

在步骤二中，选择两个相互垂直的平面，通过这两个平面上的应力(σ_x,τ_xy)、(σ_y,τ_yx)确定的连线作为应力圆的一条直径；则这两个应力点距离的二分之一为应力圆的半径，两应力点的中心位置为应力圆的圆心，应力圆的公式如下：

式中，σ_α、τ_α为任意平面上的正应力和剪应力；σ_x、σ_y、τ_xy为任意角上的正应力和剪应力；

以主应力(σ₁，0)、(σ₂，0)为起始，以波速传播方向与最大主应力夹角θ的2倍进行逆时针方向旋转；此时与莫尔应力圆的两个交点的该方向上的两个主应力分别为：

在步骤三中，对于R区表面的一点P，选取两个固定折射方向θ₁、θ₂的单阵元斜探头超声换能器分别进行纵波应力检测得到其对应的传播时间；

根据对应的传播时间，通过纵波应力检测原理分别得到两个方向应力值σ^1*和σ^2*，并结合莫尔圆应力理论可得T型检测件2的R区表面测量点P的X、Y方向的两主应力大小；

两方向的应力值与两个主应力值的关系如下，

σ^1*＝σ₁cos²θ₁+σ₂sin²θ₁

σ^2*＝σ₁cos²θ₂+σ₂sin²θ₂ (3)

求解公式(3)，得到T型检测件(2)测量点P点的X、Y方向的两个主应力值：

以上对本发明所提出的一种面向机身结构的T型R区应力超声检测方法，进行了详细介绍，对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种面向机身结构的T型R区应力超声检测方法，其特征在于：

所述方法具体包括以下步骤：

步骤一：将单阵元斜探头(1)放置于T型待检测件(2)背部平面，对内部的R区进行应力检测；

步骤二：结合莫尔圆应力理论，确定应力圆的半径以及圆心点的位置；

步骤三：应力超声检测；将应力检测的平均应力值等效为R区表面附近应力值，得到T型检测件(2)的R区表面测量点P的X、Y方向的两主应力大小。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤二中，

选择两个相互垂直的平面，通过这两个平面上的应力(σ_x,τ_xy)、(σ_y,τ_yx)确定的连线作为应力圆的一条直径；则这两个应力点距离的二分之一为应力圆的半径，两应力点的中心位置为应力圆的圆心，应力圆的公式如下：

式中，σ_α、τ_α为任意平面上的正应力和剪应力；σ_x、σ_y、τ_xy为任意角上的正应力和剪应力；

以主应力(σ₁，0)、(σ₂，0)为起始，以波速传播方向与最大主应力夹角θ的2倍进行逆时针方向旋转；此时与莫尔应力圆的两个交点的该方向上的两个主应力分别为：

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤三中，

对于R区表面的一点P，选取两个固定折射方向θ₁、θ₂的单阵元斜探头超声换能器分别进行纵波应力检测得到其对应的传播时间；

根据对应的传播时间，通过纵波应力检测原理分别得到两个方向应力值σ^1*和σ^2*，并结合莫尔圆应力理论可得T型检测件(2)的R区表面测量点P的X、Y方向的两主应力大小；

两方向的应力值与两个主应力值的关系如下，

σ^1*＝σ₁cos²θ₁+σ₂sin²θ₁

σ^2*＝σ₁cos²θ₂+σ₂sin²θ₂ (3)

求解公式(3)，得到T型检测件(2)测量点P点的X、Y方向的两个主应力值：

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