CN109540055B - 一种利用二阶应力突变角检测金属粘结界面形变的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用二阶应力突变角检测金属粘结界面形变的方法，包括以下步骤：根据金属的相关参数确定金属粘结界面应力突变的临界角θw；将激励源向被检测金属倾斜入射超声纵波，并不断改变入射角θi；在所述激励源同侧接收二次谐波信号，处理并记录随着所述入射角θi变化时，金属粘结界面的二阶应力σ；绘制所述二阶应力σ随入射角θi变化的曲线，确定实际检测中应力的突变角θip；计算得到所述金属粘结界面与金属表面间的形变角θ＝θw‑θip。本发明由金属相关参数获得理论二阶应力的突变角，通过不断改变超声入射角并检测二阶应力，获取实际应力的突变角，两者的角度差便是金属粘结界面与金属表面间的形变角，利用二阶应力的突变角能够更敏感地检测微小形变。

Description

一种利用二阶应力突变角检测金属粘结界面形变的方法
技术领域
本发明公开了一种检测金属粘结界面形变的方法，具体涉及的是一种利用二阶应力突变角检测金属粘结界面形变的方法，属于超声非线性检测范围，。
背景技术
在机械制造、航空航天、汽车制造等大型工业中，普通的工业材料逐渐被一些耐高压、耐腐蚀、耐温范围大的特殊材料所替代，一般选择具有以上特质的新型金属相结合的多层结构材料，为了保证器件的使用性能和检测结果的准确性，超声无损检测应运而生。
传统超声无损检测频率低，波长长，在微小缺陷的检测上灵敏度不高。而超声波在媒体介质中传播时，随着传播距离的增加会产生谐波信号，科研人员发现了谐波信号具有更高的分辨率、对比度，以及更高的敏感性，最近十几年来，利用非线性超声检测固体裂纹、介质粘结情况和缺陷的方法开始蓬勃发展。
发明内容
本发明目的是在于提供一种利用二阶应力突变角检测金属粘结界面形变的方法，通过研究金属粘结界面二次谐波产生的应力随入射角的变化情况，发现了二阶应力突变角可以用于检测金属粘结界面的形变情况，并且利用二阶应力的突变角能够更敏感地检测界面的微小形变。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明的一种利用二阶应力突变角检测金属粘结界面形变的方法，包括以下步骤：
(1)根据金属的拉梅常数确定金属粘结界面应力突变的临界角θw；
(2)将激励源向被检测金属倾斜入射超声纵波，并不断改变入射角θi；
(3)在所述激励源同侧接收二次谐波信号，仪器检测二阶应力并记录随着所述入射角θi变化时，金属粘结界面的二阶应力σ；
(4)绘制所述二阶应力σ随入射角θi变化的曲线，根据曲线图(比如突变角75度)确定实际检测中应力的突变角θip；
(5)计算得到所述金属粘结界面与金属表面间的形变角θ＝θw-θip。
步骤(1)中，所述临界角
Figure BDA0001952818580000021
为理论参数下固-固界面二阶应力随入射角变化时的突变角。
其中λ,μ为金属1的拉梅常数。
步骤(2)中，所述入射角θi为入射超声波与金属上表面法线方向所成的角度。
步骤(2)中，所述入射角θi为入射超声波与金属上表面法线方向所成的角度。
步骤(3)中，金属粘结界面的二阶应力σ根据检测数据直接拟合绘图获得。
本发明由金属相关参数获得理论二阶应力的突变角，通过不断改变超声入射角并检测二阶应力，获取实际应力的突变角，两者的角度差便是金属粘结界面与金属表面间的形变角，利用二阶应力的突变角能够更敏感地检测界面的微小形变。
附图说明
图1是采用本方法的模拟图例；
图2是本发明以铝合金与钢粘结界面理论得到的二阶应力随入射角的变化曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施案例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
本发明通过不断改变超声入射角，确定二阶应力发生突变时的入射角，由理论应力突变的临界角减去实际应力突变的入射角，可获得金属粘结界面与金属表面间的形变角。
本实施例选取铝合金与钢粘结工件，金属1选用铝合金，金属2选用钢，如图1所示。
根据金属的相关参数确定金属粘结界面与入射角的变化曲线，如图2所示。
(1)根据金属的相关参数确定金属粘结界面应力突变的临界角θw；
(2)激励源向被检测金属倾斜入射超声纵波，并不断改变入射角θi；
(3)在激励源同侧接收二次谐波信号，处理并记录随着入射角变化时金属粘结界面的二阶应力σ；
(4)随着入射角的变化，检测到接收的二阶应力发生突变时，获得此时的入射角θip；
(5)得到金属粘结界面与金属表面间的形变角θ＝θw-θip。
步骤(1)中，临界角
Figure BDA0001952818580000031
为理论参数下固-固界面二阶应力随入射角变化时的突变角，其中λ,μ为金属1的拉梅常数。
步骤(2)中，入射角θi为入射超声波与金属上表面法线方向所成的角度。
步骤(3)中，需要绘制二阶应力σ随入射角θi变化的曲线，便于确定实际检测中应力的突变角θip。
步骤(4)中，形变角θ＝θw-θip为金属粘结界面与金属上表面间的夹角。
本发明由金属相关参数获得理论二阶应力的突变角，通过不断改变超声入射角并检测二阶应力，获取实际应力的突变角，两者的角度差便是金属粘结界面与金属表面间的形变角。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种利用二阶应力突变角检测金属粘结界面形变的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据金属的拉梅常数确定金属粘结界面应力突变的临界角θw；
(2)将激励源向被检测金属倾斜入射超声纵波，并不断改变入射角θi；
(3)在所述激励源同侧接收二次谐波信号，检测二阶应力并记录随着所述入射角θi变化时，金属粘结界面的二阶应力σ；
(4)绘制所述二阶应力σ随入射角θi变化的曲线，根据曲线图确定实际检测中应力的突变角θip；
(5)计算得到所述金属粘结界面与金属表面间的形变角θ＝θw-θip。
2.根据权利要求1所述的利用二阶应力突变角检测金属粘结界面形变的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述临界角
Figure FDA0002549520540000011
为理论参数下固-固界面二阶应力随入射角变化时的突变角；其中λ,μ为第一金属的拉梅常数。
3.根据权利要求1所述的利用二阶应力突变角检测金属粘结界面形变的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述入射角θi为入射超声波与金属上表面法线方向所成的角度。
4.根据权利要求2所述的利用二阶应力突变角检测金属粘结界面形变的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述入射角θi为入射超声波与金属上表面法线方向所成的角度。
5.根据权利要求1所述的利用二阶应力突变角检测金属粘结界面形变的方法，其特征在于，步骤(3)中，金属粘结界面的二阶应力σ根据检测数据直接拟合绘图获得。
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