CN110763581A - 用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统 - Google Patents

用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微型元器件无损检测技术领域，特指一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统。系统由PC机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪构成；PC机控制信号发生器输出高频激振信号，经由功率驱动器放大后输入电磁式激振器，进而驱动电磁式激振器产生高频振动；小尺寸构件安装在工作台的上表面；应变片粘贴在小尺寸构件峰值残余应力处；在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下对小尺寸构件进行高频振动处理。本发明具有能够实现采用振动模态分析技术检测小尺寸构件表层微观裂纹的优点。

Description

用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统
技术领域
本发明涉及微型元器件无损检测技术领域，特指一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统。
背景技术
随着制造技术的快速发展，小尺寸构件在机械工程领域得到了广泛的应用，然而由材料到小尺寸构件的过程中离不开各种加工工艺的作用，很容易在小尺寸构件的表层引入微观裂纹，严重制约着小尺寸构件质量的提高，因此对小尺寸构件进行检测确定其表层是否产生微观裂纹已经成为小尺寸构件研究领域的一项重要课题，同时对小尺寸构件的后续工程应用也具有重要的意义。
目前广泛使用的裂纹或者裂缝的检测方法主要包括电子显微镜技术、声发射检测技术、超声检测技术以及振动模态分析技术。电子显微镜技术在检测裂纹或者裂缝的时候首先制备试样，然后进行腐蚀处理，才能观察到小尺寸构件的微观形貌，进而确定小尺寸构件表层是否产生裂纹，这是一种可以观测到长度小于2mm，宽度小于0.2mm的微观裂纹，并且检测精度高，但是电子显微镜技术属于破坏性检测法，此外实验前所需的准备时间长，并且实验成本高。声发射检测技术属于无损检测技术，能够对小尺寸构件进行无损检测，然而在实际的检测中声发射信号通常比较微弱，容易受到外部因素的干扰，降低了检测的精度。超声检测技术也属于无损检测技术，能够对小尺寸构件进行无损检测，然而超声检测技术对材料早期疲劳损伤所产生的微观裂纹并不敏感，降低了检测的精度。
振动模态分析技术通常采用力锤激励的方式获取构件的振动状态信息，然后对获取的信号进行分析，可以获得构件多个频率下的振动状态信息，从而根据振动状态信息对构件有无缺陷以及缺陷位置做出判断，但是构件的振动能量会分布在多个频率上，这样会导致每一个频率下的振动能量有限，尤其是在高阶频率下这样的振动能量是很微弱的，会降低检测的精度，同时也只能针对较大尺寸的缺陷(比如裂缝)进行检测。但是从振动理论的角度来说，振动模态分析技术具备了检测微观裂纹的可行性，然而目前的激振设备要么就是输出频率太低，远远小于小尺寸构件的共振频率(小尺寸构件的共振频率通常在1kHz以上，甚至更高)，要么就是输出的振动能量有限，导致对小尺寸构件进行激振处理后输出的振动信号幅值非常微弱，无法进行有效的检测，尤其是对微观裂纹检测时效果非常有限，甚至无法检测到微观裂纹，如何提供一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动装置已经成为振动模态分析技术检测小尺寸构件表层微观裂纹研究领域的一项重要课题。针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，能够实现采用振动模态分析技术对小尺寸构件表层微观裂纹进行无损检测的目的。
发明内容
为了克服现有技术无法实现对小尺寸构件通过振动模态分析技术来检测微观裂纹的缺点，本发明提出了一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，能够进行大振动能量的输出，实现了采用振动模态分析技术检测小尺寸构件表层微观裂纹的目的。
用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，包括PC机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪；PC机控制信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；
高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；所述的圆台形式的连杆的最大截面面积小于工作台的截面面积，且圆台形式的连杆的最大截面面积小于支撑台的截面面积；圆台形式的连杆的长度大于工作台的厚度，且圆台形式的连杆的长度大于支撑台的厚度；圆台形式的连杆的小端与工作台连接，且圆台形式的连杆的大端与支撑台连接；工作台和支撑台均为圆柱体；
小尺寸构件安装在工作台的上表面，工作台与小尺寸构件之间设置有垫块，并且垫块设置在小尺寸构件的振动节线处；应变片粘贴在小尺寸构件的峰值残余应力处，其中第一应变片沿着小尺寸构件的第一主应力方向粘贴，第二应变片沿着小尺寸构件的第二主应力方向粘贴；第一应变片和第二应变片的输出端与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端与PC机连接；小尺寸构件的尺寸小于工作台的直径，以保证小尺寸构件全部位于工作台的上表面。
进一步，所述的PC机包括信号发生器驱动模块、动态应变仪驱动模块、残余应力分布状态存储模块、有限元软件、模态参数存储模块、应变振型分布状态存储模块、位移振型节线存储模块、高频振动能量放大装置优化设计模块、高频振动能量放大装置的参数存储模块、应变波形获取模块以及峰值应变提取模块。
进一步，所述的电磁式激振器为高频激振器，用于产生激振频率大于1kHz的高频振动，其最高激振频率可以达到10kHz。
进一步，所述的动态应变仪为高精度、多通道、实时显示应变波形的应变仪。
进一步，所述的信号发生器驱动模块安装有驱动信号发生器的软件，实现PC机对信号发生器的控制；所述的动态应变仪驱动模块安装有驱动动态应变仪的软件，实现PC机对动态应变仪的控制和数据读取；所述的应变波形获取模块获取动态应变仪采集到的小尺寸构件输出的应变波形；所述的峰值应变提取模块提取应变波形的峰值应变。
进一步，所述的残余应力分布状态存储模块存储采用X射线衍射法获取的小尺寸构件的表层残余应力分布状态、峰值残余应力在小尺寸构件上的具体位置以及第一主应力和第二主应力的方向；所述的有限元软件用于建立小尺寸构件的有限元模型，并对小尺寸构件进行数值模态分析，得到小尺寸构件的各阶弯曲振动的固有频率以及与各阶弯曲振动的固有频率相对应的各阶弯曲振动的位移振型与应变振型，并将各阶弯曲振动的固有频率、位移振型以及应变振型存储到模态参数存储模块中；所述的应变振型分布状态存储模块存储各阶弯曲振动的应变振型的峰值应变的具体位置；所述的应变振型峰值应变所在的位置与小尺寸构件峰值残余应力所在的位置一致时，记录下该应变振型所对应的固有频率，并记为高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f；所述的位移振型节线存储模块存储与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f所对应的位移振型的振动节线的具体位置以及振动节线的数目。
进一步，所述的高频振动能量放大装置优化设计模块以高频振动能量放大装置的轴向共振频率为优化目标，其结构尺寸参数为设计变量，并采用正交实验法制定高频振动能量放大装置的优化方案，然后采用有限元软件建立各个优化方案对应的有限元模型，并对各个优化方案进行数值模态分析，得到各个优化方案的轴向共振频率，并将轴向共振频率与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f相一致的方案作为高频振动能量放大装置的最优方案，且将最优方案的尺寸参数存储到所述的高频振动能量放大装置的参数存储模块中。
进一步，所述的有限元软件为ANSYS有限元软件。
进一步，所述的垫块为具有弹性的垫块，且所述的垫块的数目等于所述的振动节线的数目。
进一步，所述的高频振动能量放大装置的轴向共振频率等于小尺寸构件的弯曲振动的固有频率。高频振动能量放大装置的轴向共振频率等于小尺寸构件的弯曲振动的固有频率，可以激发小尺寸构件产生弯曲共振，有利于提高应变片采集应变的精度。在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下对小尺寸构件进行激振，高频振动能量放大装置因为共振能够输出较大的振动能量，且小尺寸构件产生共振可以获得较大的振动能量，这样可以提高小尺寸构件输出的应变波形的峰值，有利于提高小尺寸构件表层微观裂纹的检测精度。
具体来说，小尺寸构件安装在工作台的上表面，在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下对小尺寸构件进行高频振动处理，动态应变仪采集回来小尺寸构件的动态应变信号，如果小尺寸构件的表层存在微观裂纹时，动态应变仪采集回来的应变信号的峰值相比于小尺寸构件的表层无微观裂纹时的应变信号的峰值会发生突变，即小尺寸构件表层产生微观裂纹的确定方法为小尺寸构件的表层产生微观裂纹时，动态应变仪采集回来的应变信号的峰值相比于小尺寸构件的表层无微观裂纹时的应变信号的峰值会发生突变。在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下进行高频振动处理时，高频振动能量放大装置能够输出较大的振动能量，从而提高振动模态分析技术检测小尺寸构件表层微观裂纹的精度。所述的小尺寸构件表层产生微观裂纹的确定准则为未加工处理过的小尺寸构件(小尺寸构件无微观裂纹的状态)的峰值应变不等于加工处理过的小尺寸构件(小尺寸构件产生微观裂纹的状态)的峰值应变。
本发明的技术构思是：由PC机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪构成用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动系统；高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；PC机控制信号发生器输出高频激振信号，经由功率驱动器放大后输入电磁式激振器，并驱动电磁式激振器产生高频振动；小尺寸构件安装在工作台的上表面；应变片粘贴在小尺寸构件峰值残余应力处，如果小尺寸构件的表层存在微观裂纹时，动态应变仪采集回来的应变信号的峰值相比于小尺寸构件的表层无微观裂纹时的应变信号的峰值会发生突变。在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下进行高频振动处理时，高频振动能量放大装置能够输出较大的振动能量，从而提高振动模态分析技术检测小尺寸构件表层微观裂纹的精度。
本发明的有益效果如下：
1、通过在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下对小尺寸构件进行高频振动处理，能够放大电磁式激振器输出的振动能量，即提高了作用在小尺寸构件上的振动能量，能够提高应变片采集回来的应变信号的幅值，使得通过振动模态分析技术检测小尺寸构件表层微观裂纹成为可能。
2、在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下对小尺寸构件进行高频振动处理，能够激发小尺寸构件产生弯曲共振，并且在小尺寸构件的振动节线处采用弹性垫块对小尺寸构件进行弹性支撑，此时小尺寸构件表面输出的应变波形具有较大的峰值应变，能够提高小尺寸构件表层微观裂纹的检测精度。
3、本发明以圆台形式连杆的高频振动能量放大装置作为高频振动装置的基础组成部分，是因为相比于等截面圆柱连杆的高频振动振幅放大装置，本发明采用的圆台形式的连杆，在大端面与等截面圆柱连杆的直径相同的情况下，可以减少高频振动能量放大装置的质量，有利于高频振动系统的激振，这是因为电磁式激振器的驱动能力有限，附加的高频振动能量放大装置质量越大，高频振动系统越难产生高频振动，相比于阶梯形圆柱连杆的高频振动振幅放大装置，本发明采用的圆台形式的连杆可以减少应力集中，有利于提高高频振动能量放大装置的使用寿命，这是因为阶梯形圆柱连杆在过渡区域很容易产生应力集中，会降低高频振动能量放大装置的使用寿命。
附图说明
图1用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统示意图。
图2高频振动能量放大装置示意图。
具体实施方式
参照附图，进一步说明本发明：
用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，包括PC机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置3、垫块6、应变片以及动态应变仪；PC机控制信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；
高频振动能量放大装置3固定于电磁式激振器运动部件4的激振台面5上，高频振动能量放大装置3包括安装小尺寸构件1的工作台31、固定在电磁式激振器运动部件4的激振台面5上的支撑台33以及连接工作台31与支撑台33的圆台形式的连杆32；所述的圆台形式的连杆32的最大截面面积小于工作台31的截面面积，且圆台形式的连杆32的最大截面面积小于支撑台33的截面面积；圆台形式的连杆32的长度大于工作台31的厚度，且圆台形式的连杆32的长度大于支撑台33的厚度；圆台形式的连杆32的小端与工作台31连接，且圆台形式的连杆32的大端与支撑台33连接；工作台31和支撑台33均为圆柱体；
小尺寸构件1安装在工作台31的上表面，工作台31与小尺寸构件1之间设置有垫块6，并且垫块6设置在小尺寸构件1的振动节线处；应变片粘贴在小尺寸构件1的峰值残余应力处，其中第一应变片21沿着小尺寸构件1的第一主应力方向粘贴，第二应变片22沿着小尺寸构件1的第二主应力方向粘贴；第一应变片21和第二应变片22的输出端与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端与PC机连接；小尺寸构件1的尺寸小于工作台31的直径，以保证小尺寸构件1全部位于工作台31的上表面。
进一步，所述的PC机包括信号发生器驱动模块、动态应变仪驱动模块、残余应力分布状态存储模块、有限元软件、模态参数存储模块、应变振型分布状态存储模块、位移振型节线存储模块、高频振动能量放大装置3优化设计模块、高频振动能量放大装置3的参数存储模块、应变波形获取模块以及峰值应变提取模块。
进一步，所述的电磁式激振器为高频激振器，用于产生激振频率大于1kHz的高频振动，其最高激振频率可以达到10kHz。
进一步，所述的动态应变仪为高精度、多通道、实时显示应变波形的应变仪。
进一步，所述的信号发生器驱动模块安装有驱动信号发生器的软件，实现PC机对信号发生器的控制；所述的动态应变仪驱动模块安装有驱动动态应变仪的软件，实现PC机对动态应变仪的控制和数据读取；所述的应变波形获取模块获取动态应变仪采集到的小尺寸构件1输出的应变波形；所述的峰值应变提取模块提取应变波形的峰值应变。
进一步，所述的残余应力分布状态存储模块存储采用X射线衍射法获取的小尺寸构件1的表层残余应力分布状态、峰值残余应力在小尺寸构件1上的具体位置以及第一主应力和第二主应力的方向；所述的有限元软件用于建立小尺寸构件1的有限元模型，并对小尺寸构件1进行数值模态分析，得到小尺寸构件1的各阶弯曲振动的固有频率以及与各阶弯曲振动的固有频率相对应的各阶弯曲振动的位移振型与应变振型，并将各阶弯曲振动的固有频率、位移振型以及应变振型存储到模态参数存储模块中；所述的应变振型分布状态存储模块存储各阶弯曲振动的应变振型的峰值应变的具体位置；所述的应变振型峰值应变所在的位置与小尺寸构件1峰值残余应力所在的位置一致时，记录下该应变振型所对应的固有频率，并记为高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f；所述的位移振型节线存储模块存储与高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f所对应的位移振型的振动节线的具体位置以及振动节线的数目。
进一步，所述的高频振动能量放大装置3优化设计模块以高频振动能量放大装置3的轴向共振频率为优化目标，其结构尺寸参数为设计变量，并采用正交实验法制定高频振动能量放大装置3的优化方案，然后采用有限元软件建立各个优化方案对应的有限元模型，并对各个优化方案进行数值模态分析，得到各个优化方案的轴向共振频率，并将轴向共振频率与高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f相一致的方案作为高频振动能量放大装置3的最优方案，且将最优方案的尺寸参数存储到所述的高频振动能量放大装置3的参数存储模块中。
进一步，所述的有限元软件为ANSYS有限元软件。
进一步，所述的垫块6为具有弹性的垫块，且所述的垫块6的数目等于所述的振动节线的数目。
进一步，所述的高频振动能量放大装置3的轴向共振频率等于小尺寸构件1的弯曲振动的固有频率。高频振动能量放大装置3的轴向共振频率等于小尺寸构件1的弯曲振动的固有频率，可以激发小尺寸构件1产生弯曲共振，有利于提高应变片采集应变的精度。在高频振动能量放大装置3的轴向共振频率下对小尺寸构件1进行激振，高频振动能量放大装置3因为共振能够输出较大的振动能量，且小尺寸构件1产生共振可以获得较大的振动能量，这样可以提高小尺寸构件1输出的应变波形的峰值，有利于提高小尺寸构件1表层微观裂纹的检测精度。
使用用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的方法包括以下步骤：
(1)、采用X射线衍射法获取小尺寸构件1的表层残余应力分布状态，确定峰值残余应力在小尺寸构件1上的具体位置以及第一主应力和第二主应力的方向，并将残余应力测试结果存储到残余应力分布状态存储模块中；
(2)、启动PC机中的有限元软件建立小尺寸构件1的有限元模型，对小尺寸构件1进行数值模态分析，得到小尺寸构件1的各阶弯曲振动的固有频率以及与各阶弯曲振动的固有频率相对应的各阶弯曲振动的位移振型与应变振型，并将各阶弯曲振动的固有频率、位移振型以及应变振型存储到模态参数存储模块中；
(3)、根据模态参数存储模块中存储的各阶弯曲振动的应变振型，确定各阶弯曲振动的应变振型的峰值应变的具体位置，并将峰值应变的具体位置结果存储到应变振型分布状态存储模块中，当应变振型峰值应变所在的位置与小尺寸构件1峰值残余应力所在的位置一致时，记录下该应变振型所对应的固有频率，并记为高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f；
(4)、以高频振动能量放大装置3的轴向共振频率为优化目标，其结构尺寸参数为设计变量，并采用正交实验法制定高频振动能量放大装置3的优化方案，然后采用有限元软件建立各个优化方案对应的有限元模型，并对各个优化方案进行数值模态分析，得到各个优化方案的轴向共振频率，并将轴向共振频率与高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f相一致的方案作为高频振动能量放大装置3的最优方案，且将最优方案的尺寸参数存储到高频振动能量放大装置3的参数存储模块中；
具体实施过程如下：
正交实验法是从次数众多的全面性试验中，挑选出次数较少且又具有代表性的组合条件进行试验。这些代表性的组合条件使得正交实验设计方案具有均衡搭配和整齐可比的特点。正是由于正交表所具有的这种特点，采用正交实验法安排实验方案，不仅可以有效地减少实验的次数，而且还可以获得可靠的实验分析结果。采用正交实验法对高频振动能量放大装置3进行优化设计，首先设计出图2所示的高频振动能量放大装置3的基本结构，然后采用正交实验法对高频振动能量放大装置3的结构尺寸进行优化，以设计出能够满足高频振动无损检测小尺寸构件1表层微观裂纹实验要求的高频振动能量放大装置3。高频振动能量放大装置3的尺寸参数包括工作台31的直径和厚度、支撑台33的直径和厚度、圆台形式的连杆32的小径(圆台形式的连杆32与工作台31相互接触端面的直径)、大径(圆台形式的连杆32与支撑台33相互接触端面的直径)以及长度。
(5)、对模态参数存储模块中存储的与高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f所对应的位移振型进行分析，得到其振动节线的具体位置以及振动节线的数目，并将结果存储到位移振型节线存储模块中；
(6)、根据高频振动能量放大装置3的参数存储模块中存储的最优方案的尺寸参数制造高频振动能量放大装置3，高频振动能量放大装置3包括安装小尺寸构件1的工作台31、固定在电磁式激振器运动部件4的激振台面5上的支撑台33以及连接工作台31与支撑台33的圆台形式的连杆32；圆台形式的连杆32的最大截面面积小于工作台31的截面面积，且圆台形式的连杆32的最大截面面积小于支撑台33的截面面积；圆台形式的连杆32的长度大于工作台31的厚度，且圆台形式的连杆32的长度大于支撑台33的厚度；
(7)、将小尺寸构件1装夹在工作台31上，工作台31与小尺寸构件1之间设置有垫块6，并且垫块6设置在小尺寸构件1的振动节线处；将应变片粘贴在峰值残余应力位置处，其中第一应变片21沿着小尺寸构件1的第一主应力方向粘贴，第二应变片22沿着小尺寸构件1的第二主应力方向粘贴；支撑台33固定在电磁式激振器运动部件4的激振台面5上，支撑台33与工作台31通过圆台形式的连杆32相连接；接通信号连线；接通电源；
(8)、PC机控制信号发生器输出高频振动的频率，该频率为高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f；缓慢调节功率驱动器的增益旋钮使得功率驱动器输出恒定的电流，驱动电磁式激振器产生高频振动，并通过高频振动能量放大装置3对小尺寸构件1进行高频振动处理，同时PC机中的应变波形获取模块获取动态应变仪采集到的小尺寸构件1输出的应变波形，并且PC机中的峰值应变提取模块提取应变波形的峰值应变。
进一步，所述的信号连线包括应变片与动态应变仪之间的信号连线、动态应变仪与PC机之间的信号连线、PC机与信号发生器之间的信号连线、信号发生器与功率驱动器之间的信号连线以及功率驱动器与电磁式激振器之间的信号连线；所述的电源包括PC机、动态应变仪、信号发生器、功率驱动器以及电磁式激振器的电源。
具体来说，小尺寸构件1安装在工作台31的上表面，在高频振动能量放大装置3的轴向共振频率下对小尺寸构件1进行高频振动处理，动态应变仪采集回来小尺寸构件1的动态应变信号，如果小尺寸构件1的表层存在微观裂纹时，动态应变仪采集回来的应变信号的峰值相比于小尺寸构件1的表层无微观裂纹时的应变信号的峰值会发生突变，即首先按照步骤(1)-(8)对未加工处理过的小尺寸构件(即无微观裂纹的小尺寸构件)进行无损检测获取小尺寸构件的峰值应变，然后按照步骤(1)-(8)对加工处理过的小尺寸构件(即小尺寸构件可能产生微观裂纹状态)进行无损检测获取小尺寸构件的峰值应变，两次实验时保持实验条件一致。在高频振动能量放大装置3的轴向共振频率下进行高频振动处理时，高频振动能量放大装置3能够输出较大的振动能量，从而提高振动模态分析技术检测小尺寸构件1表层微观裂纹的精度。本发明采用PC机控制，当用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统构建好时，后续处理过程完全由PC机进行控制，能够减少操作者的工作量、提高了处理的效率，因此本发明提出的用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统具有很高的智能化水平。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，其特征在于：包括PC机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪；PC机控制信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；
高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；所述的圆台形式的连杆的最大截面面积小于工作台的截面面积，且圆台形式的连杆的最大截面面积小于支撑台的截面面积；圆台形式的连杆的长度大于工作台的厚度，且圆台形式的连杆的长度大于支撑台的厚度；圆台形式的连杆的小端与工作台连接，且圆台形式的连杆的大端与支撑台连接；工作台和支撑台均为圆柱体；
小尺寸构件安装在工作台的上表面，工作台与小尺寸构件之间设置有垫块，并且垫块设置在小尺寸构件的振动节线处；应变片粘贴在小尺寸构件的峰值残余应力处，其中第一应变片沿着小尺寸构件的第一主应力方向粘贴，第二应变片沿着小尺寸构件的第二主应力方向粘贴；第一应变片和第二应变片的输出端与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端与PC机连接；小尺寸构件的尺寸小于工作台的直径，以保证小尺寸构件全部位于工作台的上表面。
2.如权利要求1所述的用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，其特征在于：所述的PC机包括信号发生器驱动模块、动态应变仪驱动模块、残余应力分布状态存储模块、有限元软件、模态参数存储模块、应变振型分布状态存储模块、位移振型节线存储模块、高频振动能量放大装置优化设计模块、高频振动能量放大装置的参数存储模块、应变波形获取模块以及峰值应变提取模块。
3.如权利要求1所述的用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，其特征在于：所述的电磁式激振器为高频激振器，用于产生激振频率大于1kHz的高频振动，其最高激振频率可以达到10kHz。
4.如权利要求1所述的用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，其特征在于：所述的动态应变仪为高精度、多通道、实时显示应变波形的应变仪。
5.如权利要求1所述的用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，其特征在于：所述的信号发生器驱动模块安装有驱动信号发生器的软件，实现PC机对信号发生器的控制；所述的动态应变仪驱动模块安装有驱动动态应变仪的软件，实现PC机对动态应变仪的控制和数据读取；所述的应变波形获取模块获取动态应变仪采集到的小尺寸构件输出的应变波形；所述的峰值应变提取模块提取应变波形的峰值应变。
6.如权利要求1所述的用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，其特征在于：所述的残余应力分布状态存储模块存储采用X射线衍射法获取的小尺寸构件的表层残余应力分布状态、峰值残余应力在小尺寸构件上的具体位置以及第一主应力和第二主应力的方向；所述的有限元软件用于建立小尺寸构件的有限元模型，并对小尺寸构件进行数值模态分析，得到小尺寸构件的各阶弯曲振动的固有频率以及与各阶弯曲振动的固有频率相对应的各阶弯曲振动的位移振型与应变振型，并将各阶弯曲振动的固有频率、位移振型以及应变振型存储到模态参数存储模块中；所述的应变振型分布状态存储模块存储各阶弯曲振动的应变振型的峰值应变的具体位置；所述的应变振型峰值应变所在的位置与小尺寸构件峰值残余应力所在的位置一致时，记录下该应变振型所对应的固有频率，并记为高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f；所述的位移振型节线存储模块存储与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f所对应的位移振型的振动节线的具体位置以及振动节线的数目。
7.如权利要求1所述的用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，其特征在于：所述的高频振动能量放大装置优化设计模块以高频振动能量放大装置的轴向共振频率为优化目标，其结构尺寸参数为设计变量，并采用正交实验法制定高频振动能量放大装置的优化方案，然后采用有限元软件建立各个优化方案对应的有限元模型，并对各个优化方案进行数值模态分析，得到各个优化方案的轴向共振频率，并将轴向共振频率与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f相一致的方案作为高频振动能量放大装置的最优方案，且将最优方案的尺寸参数存储到所述的高频振动能量放大装置的参数存储模块中。
8.如权利要求1所述的用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，其特征在于：所述的有限元软件为ANSYS有限元软件。
9.如权利要求1所述的用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，其特征在于：所述的垫块为具有弹性的垫块，且所述的垫块的数目等于所述的振动节线的数目。
10.如权利要求1所述的用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的智能高频振动系统，其特征在于：所述的高频振动能量放大装置的轴向共振频率等于小尺寸构件的弯曲振动的固有频率。
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