CN114894361B - 基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法，属于金属构件残余应力检测技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种金属构件残余应力定量识别的新方法；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括如下步骤：研究并确定试验获取被检测金属结构件材料残余应力时所对应阻尼特性测试的三轴向测点位置、测试参数；分析具体金属结构件在不同残余应力时的跨点频响固有阻尼特性的变化规律；制作标定用试件，建立金属结构件材料残余应力与跨点频响固有阻尼特性的对应关系；金属结构件材料残余应力的现场检测与分析；本发明应用于金属构件残余应力检测。

Description

基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法

技术领域

本发明提供了基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法，属于金属结构件残余应力快速检测系统及其定量识别方法技术领域。

背景技术

金属材料在机械加工和热加工的过程中，由于成形和热处理过程中非均匀的塑性变形、温度场及金属相变的作用，极易在金属结构件表面或内部产生较大的残余应力。残余应力的存在显著影响着金属结构件的结构强度、尺寸稳定性和疲劳寿命，不良的残余应力场将导致强度下降、变形、局部破坏、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、加工超差等问题的出现，严重影响金属结构件的制造精度和服役可靠性。因此残余应力的检测与定量对于热处理工艺、表面强化处理工艺、消除应力工艺的效果及废品分析等都有很重要的意义，是金属结构件特别是大型结构件生产中一项十分重要的任务，也成为国防工业特殊领域亟待解决的问题。

目前，比较成熟且普遍应用的残余应力测试方法大致可以分为机械破坏测试法和无损物理测试法两大类。针对大型金属结构件的成形中残余应力消除效果的评价分析，评定依据主要有残余应力判别法和参数曲线判别法。残余应力判别法是通过测量试件在残余应力产生、消除和时效处理前后残余应力的变化来判断时效效果好坏的一种直观方法，包括无损伤的X射线衍射法、磁测法、超声波法和有一定损伤的机械释放测量法。

X射线对人体健康有害，且X射线方法只能测量试件表面层的应力分布情况，很难测得大型构件的残余应力。磁测法是利用铁磁类试件中的残余应力变化会引起磁导率发生变化来进行测量，其应用也有一定的局限性。超声波的残余应力检测技术的测量装置相对比较复杂。机械释放测量法主要指的是盲孔法，它是在应变花中心钻孔，测量应变花的释放应变来计算残余应力的释放情况，且需要对构件有一定的损伤。

有人总结了切条法、钻孔法、深孔法、局部逐层铣削盲孔法、轮廓法、超声波法、X射线衍射法和中子衍射法8种残余应力测试方法的相关特点，分别从破坏性、复杂性、适用环境、仪器费用、测试原理、测试标准、测试精度、测试速度和应力状态10个方面进行了比对，通过对比可知，各种方法各有其优缺点，其适用的场合不尽相同，复杂程度差别较大，测试精度和也大不一样，都在工程实践中得到不同程度的应用。

工程中人们常常在各种消除残余应力的时效处理前后，通过加速度传感器获得试件的振动加速度幅频特性曲线，然后观察时效前后的幅频特性曲线来定性判断消除残余应力的效果。最常用的幅频特性曲线为三条参数曲线判据方法，参数曲线判据法是通过振动时效前后参数曲线的变化情况来判定时效效果好坏的方法，虽然其不像残余应力判据法那样能对时效效果给出定量的判断，但是其直观、快速的特点使其在实际生产中获得了应用。时效处理后幅频特性曲线发生了单向特征或组合特征的变化，（振幅升高、降低、左移或右移），即可判定各种时效结果的有效性，若没有适合金属结构件检测且精度较高绝对方法测试残余应力的具体数值，则不能定量各种时效处理的残余应力，只能给出相对的评价结果。

生产实际中迫切需要的是实时快速定量给出金属结构件的残余应力数值，以确定是否采取可行的时效处理方法去稳定金属结构件的制造精度和服役可靠性。若是采取振动时效、热时效、超声冲击时效或高频时效，也需要知道构件内残余应力的量值和分布，便于确定采用合适的时效工艺，并及时掌握和评价时效后的金属结构件是否达到预期消除残余应力的效果。

对于大型金属结构件，传统消除残余应力的方法主要是热时效（热处理），但热时效存在周期长、能耗大、效率低等缺点，同时在热时效过程中存在很容易产生新的变形、材料强度下降等问题，因此从成本和质量方面而言，都不是理想的消除残余应力方法。振动时效（VSR）技术是通过在工件上施加振动产生离心力，使工件发生共振（谐振），让工件需要时效的部位产生一定幅度、一定周期的交变运动，并吸收能量，经过一定时间的振动引起工件微小塑性变形及晶粒内部位错逐渐滑移，使残余应力被消除和均化，从而达到防止工件变形和开裂、提高工件尺寸精度稳定性、增强工件的抗变形能力和提高疲劳寿命的目的。与传统的热时效方法相比，振动时效具有周期短、工艺简单、工件不被氧化、不需起吊工件等突出特点而在生产中得到广泛应用。对于有抗氧化要求、有低温相变的材料以及超大型、易产生热处理变形的构件，振动时效具有热时效无法比拟的优势，因此振动时效技术应用的范围越来越广，机床、重型机械、冶金设备、造船、航天、铁路、化工机械、汽车制造、核工业等机械构件生产中都采用了振动时效技术。但一些复杂金属结构件的振动时效结果无法或难于给出精准评价，也影响了振动时效技术的推广应用。

对残余应力进行精准评估和有效地调控，是目前工业制造过程中急需解决的难题。热时效往往是零件毛坯成形的最后一道工序，时效后的应力可以作为切削加工前的毛坯初始应力，对金属结构件毛坯加工前残余应力的精确检测是对零件力学性能评估、加工变形和疲劳寿命预测的重要依据。

加工、焊接、服役等作用过程使金属构件产生的应力集中会改变其机械特性，进而影响其力学性能。残余应力对机械构件的服役性能具有重大影响，尤其是对其强度、疲劳寿命和尺寸稳定性。如何快速、无损地检测与调控构件表面或一定深度内的残余应力一直是研究难点和热点问题。残余应力的产生出现于产品制作和使用的全过程中，很难预测，残余应力的大小和状态随加工制作方法的不同而存在差异。材料中的残余应力会严重影响其强度、硬度、疲劳和稳定性，极端情况下会导致脆性断裂和应力腐蚀开裂。

目前零件内部的残余应力尚无法得到有效地、低成本无损地检测，生产制造过程中，只能通过测量金属结构件表面残余应力数据初步评估应力状态。为了完成对金属结构件表面和内部残余应力场的检测，结合实用的跨点频响定量识别方法测量残余应力和金属结构件的变形识别技术，因此，提出一种将跨点频响固有特性识别技术与金属结构材料残余应力消除实验技术相结合，用于测量金属结构件表面和内部残余应力场的跨点频响识别方法。本发明的提出更多地考虑了金属结构件的振动时效消除和减小残余应力的使用场合，若基于跨点频响阻尼特性的残余应力检测方法与各种金属结构件的振动时效相结合，则更能突出本发明的优越性。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法，包括如下步骤：

S1：研究并确定试验获取被检测金属结构件材料残余应力时所对应阻尼特性测试的三轴向测点位置、测试参数；

S2：分析具体金属结构件在不同残余应力时的跨点频响固有阻尼特性的变化规律，包括；

S2.1：组建跨点频响测试系统；

S2.2：对已确定并标记的测点安装传感器，实施激励后，获取跨点频响幅相频曲线，提取对应2-3阶固有特性的阻尼因子特征值；

S2.3：按规划的测点位置，快速移动测点位置，获取系列跨点频响曲线的各个阻尼因子特征值；

S2.4：通过信号处理得到阻尼因子特征值；

S2.5：阻尼因子特征值列表并绘制各阶阻尼因子的变化曲线；

S3：制作标定用试件，建立金属结构件材料残余应力与跨点频响固有阻尼特性的对应关系；

S4：金属结构件材料残余应力的现场检测与分析。

所述步骤S1具体包括：

S1.1：对被检测含残余应力的金属结构件动态特性进行基本估计，主要确定被检测复杂金属结构件的前几阶固有频率的范围，确定进行跨点频响试验时的分析频率范围；

S1.2：对主要被检测金属结构件的残余应力的分布进行初步估计，根据被检测金属结构件的成形过程、工艺参数和残余应力状态，初步确定跨点频响的测点位置和传感器安装方式；

S1.3：在进行正式试验检测前，进行多测试点的跨点频响快速试验，由跨点频响分析软件验证初步估计参数的可行性；

S1.4：对焊接类结构件通过划线、描点方式，按照残余应力数值大小变化梯度确定描述残余应力等级的一系列多个测点位置；

S1.5：对于有批量生产的金属结构件，按照其工作环境和支承方式建立模态分析模型，计算其前几阶固有频率和相应振型，根据其成形和加工方式，分析残余应力的分布，与现场跨点频响快速试验结果共同分析，确定阻尼特性测试的三轴向传感器的测点位置和测试参数。

所述步骤S2.1中组建的跨点频响测试系统包括三轴向ICP加速度传感器、单轴向ICP模态力锤、便携式数据采集仪、装有跨点频响阻尼特性分析和分类识别软件的微型掌上电脑。

所述步骤S3具体包括：

S3.1：选择同种材料制成、厚度尺寸一致或处于设定偏差范围内的金属结构件，按不同连接方式形成具有不同残余应力梯度的标定用试件；

S3.2：用跨点频响固有阻尼特性检测方法先行获得标定用试件的阻尼因子各特征值；

S3.3：采用绝对式的残余应力检测方法，测试出跨点频响各测点位置处的残余应力数值和方位；

S3.4：在标定用试件上标定步骤S3.1中采用的金属结构材料的残余应力与阻尼因子之间的对应关系；

S3.5：通过材料模型和动态试验建立金属结构件材料微观特性与宏观动态特性之间的联系，为后续的工程推广应用建立一个实用的模型。

所述步骤S4具体包括：

S4.1：在有了标定用试件上取得的某种金属构件材料的残余应力与阻尼因子的对应关系曲线和模型后，对现场实际金属结构件所关心和需要确定残余应力的部位进行阻尼因子----残余应力的试验测试；

4.2：根据现场实际金属结构件材料的残余应力与阻尼因子的对应关系曲线和模型，对同种材料在相同工作环境条件下工作的理论模型进行修正，综合考虑环境温度、材料残余应力形成过程、结构件尺寸、连接形式:因素，形成多个修正因子；

S4.3：根据有限测点的试验测试结果，采用粒子群优化技术，找出被试金属结构件材料的残余应力最大值对应的测点，便于后续采取相应的时效处理方法和具体时效工艺；

S4.4：研究跨点频响幅频曲线多阶固有频率提取阻尼因子特征参数的差异，以及对材料残余应力识别的影响；

S4.5：建立金属结构件现场跨点频响试验测试的消噪反演修正机制和特征值之间的关联关系。

所述步骤S2.4的信号处理中采用复调制Zoom-FFT、扩频插值频谱细化进行信号处理。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法充分利用金属结构件跨点频响三大特性之一的阻尼特性参数与材料微观特性的晶格位错滑移密切相关的概念；将跨点频响阻尼特性与金属结构件材料残余应力建立联系用于工程结构残余应力的快速检测领域，形成一套对金属结构件材料残余应力特性检测分析的新方法；在不影响生产效率的前提下，通过现场实际温度环境下的金属构件跨点频响试验定量识别技术实现对金属结构件残余应力的精确检测，得到待测金属结构件应力初始状态和消除残余应力后的应力场，实现对金属构件应力场的全面定量评估。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的跨点频响阻尼特性识别方法的提出主要是依据金属结构件材料的宏观和微观结构特性。宏观上，金属结构件材料在机械加工和热加工的过程中，由于成形和热处理过程中非均匀的塑性变形、温度场及金属相变的作用，产生幅频特性曲线发生了单向特征或组合特征的变化，这种变化在一定条件下具有普遍的规律性，与金属材料的残余应力有着一定的对应关系。微观上，残余应力是材料微观组织之间的平均应力和晶粒内部的应力，塑性变形和热影响引发组织的转变，造成材料内部体积的变化产生相变应力，晶体的热膨胀系数和弹性模量的各向异性、晶粒间的方位不同以及晶粒的滑移、位错、缠结和双晶的形成会导致形成组织内部的缺陷，外力去除后仍保留缺陷，形成晶体内的微观残余应力。

运用跨点频响定量识别技术可以很容易获取金属结构件的固有特性参数，描述固有特性的状态参数有多种形式，常用的有各阶固有频率、对应的频响幅值和半功率带宽。固有频率值与被试构件的尺寸、质量和刚度分布有关，试件不同其差别较大，也与其它结构缺陷有关，作为残余应力检测的基准参量不太合适，但可以作为各种消除残余应力的时效方法的评价参考；固有频率处的幅值大小的影响因素比较多，既与残余应力有关，也与测试时的激励特性和频率分辨率等有较大关系；由跨点频响幅频曲线的半功率带宽经信号处理所表述的金属构件的阻尼特性，与产生残余应力大小的金属构件材料微观组织的缺陷关系密切，已有的相关研究和跨点频响试验标定的结果充分证明了这一点。阻尼特性主要与金属结构件的材料特性关系密切，残余应力的形成和变化过程也直接改变了金属结构件的阻尼特性。更为重要的是金属结构件的材料在试验测试前已知并确定，不论是什么样的热成型，或是机械加工过程，只要试验测试时的环境温度等一定，相同材料的阻尼特性基本一定。这样就可容易获得无残余应力结构件的阻尼比作为基准，再对含有不同残余应力数值的结构件做跨点频响，以获取含有不同大小残余应力构件的阻尼比。通过阻尼比的变化率和分类，可用来定量识别和评价金属结构件材料在机械加工和热加工过程中形成的残余应力的大小。通过多点的快速跨点频响试验，再根据已有残余应力研究结果和仿真计算，也可以获得残余应力的分布特性。

本发明提出了一种基于跨点频响阻尼特性定量识别的残余应力测试方法，在不影响生产效率的前提下，通过现场实际温度环境下的金属构件跨点频响试验定量识别技术实现对金属结构件残余应力的精确检测，得到得到待测金属结构件应力初始状态（例如焊接成形的金属结构件的初始状态可以是指远离焊接点的相同构件的应力状态）和已产生残余应力后的金属结构件应力场中各点的应力状态的比值，实现对金属构件应力场的全面定量评估。

本发明紧紧抓住金属结构件材料残余应力主要由其微观组织的晶粒的滑移、位错、缠结等缺陷的程度密切相关的主线，根据所形成阻尼特性变化关系采取了如下的技术方案与步骤，技术流程如图1所示。

方案步骤一，研究并确定试验获取被检测金属结构件材料残余应力时所对应阻尼特性测试的三轴向测点位置、测试参数，包括：

（1）对被检测含残余应力的金属结构件动态特性有一基本估计，主要是掌握被检复杂金属结构件的前几阶固有频率的大致范围，以便确定进行跨点频响试验时的分析频率范围；

（2）对被检测金属结构件的残余应力分布进行一个初步估计，主要是根据被检测金属结构成形过程、工艺参数和可能残余应力状态先有一个基本了解，以便初步确定跨点频响的测点位置和传感器安装方式；

（3）在进行正式试验检测前，可以进行多测试点的跨点频响快速试验尝试，由跨点频响分析软件验证初步估计参数的可行性；

（4）对焊接类结构件通过划线、描点方式，按照残余应力数值大小变化梯度确定描述残余应力等级的一系列多个测点位置；

（5）对于有批量生产的金属结构件，按照其工作环境和支承方式建立结构模态分析模型，计算其前几阶固有频率和相应振型，根据其成形和加工方式，用结构模态分析模型分析残余应力的大小和分布，与现场跨点频响快速试验的结果共同分析，确定阻尼特性测试的三轴向传感器的测点位置和测试参数。

方案步骤二，分析具体金属结构件在不同残余应力时的跨点频响固有阻尼特性的变化规律，包括；

（1）组建跨点频响测试系统，包括：三轴向ICP加速度传感器、单轴向ICP模态力锤、便携式四通道数据采集仪、内有跨点频响阻尼特性分析和分类识别功能软件的微型掌上电脑；

（2）对已确定并标记的测点安装传感器，实施激励后，获取跨点频响幅相频曲线，提取对应2-3阶固有特性的阻尼因子特征值，并从中优选出最佳阻尼因子特征值，其余阻尼特征值作为辅助参数备用；

（3）按规划的测点位置，快速移动测点位置（每一个测点测出阻尼因子特征值约1分钟时间），获取系列跨点频响曲线的各个阻尼因子特征值；

（4）信号处理中采用复调制Zoom-FFT、扩频插值频谱细化技术，提高阻尼因子特征值的识别精度；

（5）阻尼因子特征值列表并绘制各阶阻尼因子的变化曲线，形成按照纵横坐标表述的棒图或等高线图。

方案步骤三，制作标定用试件，建立金属结构件材料残余应力与跨点频响固有阻尼特性的对应关系，包括；

（1）选择同种材料制成相近厚度尺寸的金属结构件，按焊接成形方式形成具有不同残余应力梯度的标定用试件；

（2）用跨点频响固有阻尼特性检测方法先行获得标定用试件的阻尼因子各特征值；

（3）采用绝对式的残余应力检测方法，测试出跨点频响各测点位置处的残余应力数值和方位；

（4）在标定用试件上标定该种金属结构材料的残余应力与阻尼因子之间的对应关系；

（5）通过材料模型和动态试验建立金属结构件材料微观特性与宏观动态特性之间的联系，为后续的工程推广应用建立一个实用的模型。

方案步骤四，金属结构件材料残余应力的现场检测与分析方法研究，包括；

（1）在有了标定用试件上取得的该种金属构件材料的残余应力与阻尼因子的对应关系曲线和模型后，对现场实际金属结构件所关心和需要确定残余应力的部位进行阻尼因子----残余应力的试验测试；

（2）根据现场实际金属结构件材料的残余应力与阻尼因子的对应关系曲线和模型，对同种材料在相同工作环境条件下工作的理论模型进行修正，综合考虑环境温度、材料残余应力形成过程、结构件尺寸、连接形式等因素，形成多个修正因子，使基于跨点频响阻尼特性的残余应力检测方法在工程实际中更加精准可靠，提升该项技术的实用性；

（3）根据有限测点的试验测试结果，采用粒子群优化技术，找出被试金属结构件材料的残余应力最大值对应的测点，便于后续采取相应的时效处理方法和具体时效工艺；

（4）研究跨点频响幅频曲线多阶固有频率提取阻尼因子特征参数的差异，以及对材料残余应力识别的影响；

（5）建立金属结构件现场跨点频响试验测试的消噪反演修正机制和特征值之间的关联关系，研究提高残余应力识别精度的技术措施。

本发明提出的用于金属结构件材料残余应力定量识别的跨点频响方法，充分利用金属结构件频响三大特性之一的阻尼特性参数与材料微观特性的晶格位错滑移密切相关的概念；在国内外首次将跨点频响阻尼特性与金属结构件材料残余应力建立联系用于工程结构残余应力的快速检测领域，形成一套对金属结构件材料残余应力特性检测分析的新方法。

金属结构件材料残余应力的微观特性研究已有很多的研究结果，从材料晶格位错理论的微观角度分析，残余应力的本质是晶格畸变，而晶格畸变在很大程度上是由位错引起的残余应力消除过程中金属材料内部的位错滑移产生微观塑性变形，使残余应力得以释放。若外加动应力与残余应力之和大于等于流变应力，则金属晶体将产生位错运动，位错运动一方面产生位错增殖及亚结构的变化，另一方面使晶体产生微观塑性变形，位错增殖及亚结构的变化将使金属材料发生强烈的加工硬化，即继续塑性变形的抗力增大，强度大大提高，从而提高工件抗变形能力和尺寸稳定性，而金属材料晶体的微观塑性变形将使高残余应力得以释放，消除或降低应力集中，达到均化应力的目的。

残余应力测量法和精度稳定性检测法对于金属结构件材料残余应力消除的各种工艺方法有着特殊的意义。各种时效工艺是否成功，最后的检测方法应是残余应力的变化率和精度保持性测试。残余应力测量法通过对时效处理前后残余应力变化率的测量来评定各种时效工艺效果。运用跨点频响阻尼特性识别技术进行量化分析，并最终应用于金属结构件材料残余应力定量识别在国内外都是首次；形成集微弱阻尼特征提取与残余应力定量识别功能于—体的跨点频响阻尼特性分析金属结构件材料残余应力量值与分布的新方法；实现一个具有自主知识产权的跨点频响模式下金属结构件阻尼特性识别材料内部残余应力的系统，揭示金属结构件材料多种成形制造过程残余应力分布特征形成机理，突破微观与宏观联系界面状态、残余应力宏观分布测试技术，开发出基于跨点频响阻尼特性识别金属结构件材料残余应力并指导消除控制的工艺方法。

本发明提出的针对采取各种时效处理方式消除材料残余应力的金属结构件所提出的运用跨点频响阻尼特性进行残余应力快速定量识别的技术，可广泛应用于各种不同冷热成形和加工制造以及运行过程产生的金属结构件材料残余应力的检测识别，也可经过适当改造和修正，应用于各种类型复杂结构的装配质量监测和早期故障诊断识别。不但在金属结构件的应力检测识别和内部缺陷诊断中有很好的应用，也可应用于新进大量涌现的非金属材料、复合材料等的成形和装配质量定量识别，而且对各种高精密度的复杂装备都有很好的借鉴作用和应用前景。由于有效解决了固有阻尼特性的微弱特征提取与识别问题，因而对卫星、飞行器、航空器、舰船核动力等复杂装备的装配质量和运行可靠性提高都有很高的应用价值，前景十分广阔。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：研究并确定试验获取被检测金属结构件材料残余应力时所对应阻尼特性测试的测点位置、测试参数；

所述步骤S1具体包括：

S1.1：对被检测含残余应力的金属结构件动态特性进行基本估计，主要确定被检测复杂金属结构件的前几阶固有频率的范围，确定进行跨点频响试验时的分析频率范围；

S1.2：对主要被检测金属结构件的残余应力的分布进行初步估计，根据被检测金属结构件的成形过程、工艺参数和残余应力状态，初步确定跨点频响的测点位置和传感器安装方式；

S1.3：在进行正式试验检测前，进行多测试点的跨点频响快速试验，由跨点频响分析软件验证初步估计参数的可行性；

S1.4：对焊接类结构件通过划线、描点方式，按照残余应力数值大小变化梯度确定描述残余应力等级的一系列多个测点位置；

S1.5：对于有批量生产的金属结构件，按照其工作环境和支承方式建立模态分析模型，计算其前几阶固有频率和相应振型，根据其成形和加工方式，分析残余应力的分布，与现场跨点频响快速试验结果共同分析，确定阻尼特性测试的三轴向传感器的测点位置和测试参数；

S2：分析具体金属结构件在不同残余应力时的跨点频响固有阻尼特性的变化规律，包括；

S2.1：组建跨点频响测试系统；

S2.2：对已确定并标记的测点安装传感器，实施激励后，获取跨点频响幅相频曲线，提取对应2-3阶固有特性的阻尼因子特征值；

S2.3：按规划的测点位置，快速移动测点位置，获取系列跨点频响曲线的各个阻尼因子特征值；

S2.4：通过信号处理得到更精确的阻尼因子特征值；

S2.5：阻尼因子特征值列表并绘制各阶阻尼因子的变化曲线；

S3：制作标定用试件，建立金属结构件材料残余应力与跨点频响固有阻尼特性的对应关系；

S4：金属结构件材料残余应力的现场检测与分析。

2.根据权利要求1所述的基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法，其特征在于：所述步骤S2.1中组建的跨点频响测试系统包括三轴向ICP加速度传感器、单轴向ICP模态力锤、便携式数据采集仪、装有跨点频响阻尼特性分析和分类识别软件的微型掌上电脑。

3.根据权利要求2所述的基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：

S3.1：选择同种材料制成、厚度尺寸一致或处于设定偏差范围内的金属结构件，按不同连接方式形成具有不同残余应力梯度的标定用试件；

S3.2：用跨点频响固有阻尼特性检测方法先行获得标定用试件的阻尼因子各特征值；

S3.3：采用绝对式的残余应力检测方法，测试出跨点频响各测点位置处的残余应力数值和方位；

S3.4：在标定用试件上标定步骤S3.1中采用的金属结构材料的残余应力与阻尼因子之间的对应关系；

S3.5：通过材料模型和动态试验建立金属结构件材料微观特性与宏观动态特性之间的联系，为后续的工程推广应用建立一个实用的模型。

4.根据权利要求3所述的基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括：

S4.1：在有了标定用试件上取得的某种金属构件材料的残余应力与阻尼因子的对应关系曲线和模型后，对现场实际金属结构件所关心和需要确定残余应力的部位进行阻尼因子----残余应力的试验测试；

4.2：根据现场实际金属结构件材料的残余应力与阻尼因子的对应关系曲线和模型，对同种材料在相同工作环境条件下工作的理论模型进行修正，综合考虑环境温度、材料残余应力形成过程、结构件尺寸、连接形式:因素，形成多个修正因子；

S4.3：根据有限测点的试验测试结果，采用粒子群优化技术，找出被试金属结构件材料的残余应力最大值对应的测点，便于后续采取相应的时效处理方法和具体时效工艺；

S4.4：研究跨点频响幅频曲线多阶固有频率提取阻尼因子特征参数的差异，以及对材料残余应力识别的影响；

S4.5：建立金属结构件现场跨点频响试验测试的消噪反演修正机制和特征值之间的关联关系。

5.根据权利要求4所述的基于跨点频响阻尼特性的金属构件残余应力定量检测方法，其特征在于：所述步骤S2.4的信号处理中采用复调制Zoom-FFT、扩频插值频谱细化进行信号处理。