CN114923613B - 一种铝合金板材残余应力涡流检测方法 - Google Patents

一种铝合金板材残余应力涡流检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金板材残余应力涡流检测方法，包括：采用矩形线圈进行涡流检测，确定主应力的方向α1和α1；将主应力方向上的差分信号变化量的极大值Umax和极小值Umin实验－模拟数据结果换算比k，得到ΔV1和ΔV2；将ΔV1和ΔV2分别代入涡流响应变化量与单向应变之间的关系式，求出两个主应力方向上的应变ε1和ε2；根据广义胡克定律进行反演计算，由步骤30得到的应变ε1和ε2计算出主应力的大小S1与S2。该方法可方便地检测残余应力的大小及方向，而无需昂贵的检测设备及耦合剂。

Description

一种铝合金板材残余应力涡流检测方法
技术领域
本发明涉及铝合金板材残余应力检测领域，尤其涉及一种铝合金板材残余应力涡流检测方法。
背景技术
铝合金作为制造业发展的基础材料，在航空航天、高速铁路、船舶制造、汽车工业等支柱产业中有着重要地位。残余应力往往是造成铝合金结构破坏的重要因素。有效的评价应力状态，特别是导致损伤出现的临界应力状态是评价设备结构强度、可靠性的重要依据。目前，应用较多的残余应力检测法有盲孔法、X射线法、超声波法以及磁测法，这些方法在使用上存在很大的局限性。盲孔法需要在材料表面加工小孔，对材料是一种损伤；X射线法检测设备昂贵，并且对检测人员技术水平要求较高，仅适合于实验室使用；超声波法需要耦合剂，难以检测形状复杂的构件；磁测法局限于磁性材料检测，不适用于铝合金等非铁磁性材料。涡流检测方法具有非接触、设备简单、适用范围广等优点，现有残余应力涡流检测研究基本局限于原理和机理研究，还未提出完整的采用涡流检测方法检测铝合金板材的残余应力的方法。而且目前的一般检测中，存在只能检测残余应力大小而不能检测柱应力方向的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种无需昂贵的检测设备及耦合剂等，可方便地检测残余应力的大小及方向的铝合金板材残余应力涡流检测方法。技术方案如下：
一种铝合金板材残余应力涡流检测方法，包括以下步骤：步骤10：采用矩形线圈进行涡流检测，确定板材的主应力的方向α1和α1；步骤20：将主应力方向上的差分信号变化量的极大值Umax和极小值Umin实验－模拟数据结果换算比k，得到ΔV1和ΔV2；步骤30：将ΔV1和ΔV2分别代入涡流响应变化量与单向应变之间的关系式，求出两个主应力方向上的应变ε1和ε2；步骤40：根据广义胡克定律进行反演计算，由步骤30得到的应变ε1和ε2计算出主应力的大小S1与S2。
进一步的，所述步骤10中应用一种电桥式涡流检测装置，其电桥电路的四个桥臂分别设置了检测线圈、参考线圈和两个电阻，所述检测线圈和参考线圈采用相同规格的矩形线圈；利用铝合金平板有应力时的差分输出信号Ubc和无应力时的差分输出信号U0，相减得到差分信号变化量，其中，差分信号变化量的极大值Umax和极小值Unin所在的线圈角度即主应力的方向。
进一步的，所述步骤20中的实验－模拟结果换算比k等于0.034。
进一步的，所述步骤30中的涡流响应变化量与单向应变之间的关系式表示为：
ΔVx＝(a+bc)εx
其中，a表示加载方向应变对涡流响应影响系数，bc表示横向应变折算系数。进一步的，所述步骤40中的广义胡克定律表示为：
S1＝(ε1+με2)/(1-μ2)
S2＝(με1+ε2)/(1-μ2)
其中，μ表示板材材质的泊松比。
本发明实现了如下技术效果：
本发明采用电桥式涡流检测电路，并采用矩形的涡流检测线圈，从而通过涡流检测方式获得铝合金板材残余应力的最大值、最小值及应力方向，再通过广义胡克定律进行反演计算获得在该两个应力方向的主应力。该方法可方便地检测残余应力的大小及方向，而无需昂贵的检测设备及耦合剂。
附图说明
图1是本发明的采用的电桥式涡流检测装置的功能框图；
图2是本发明的铝合金板材残余应力涡流检测方法的流程图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明所采用的涡流检测装置由信号发生器1、功率放大器2、电桥电路3、差分放大器4、前置放大器5及PCI数据采集卡6等组成。信号发生器1的信号输出端和功率放大器2的输入端连接，功率放大器2的输出端和电桥电路3的输入端a和d连接，电桥电路3中的a、d为输入端，b、c为输出端，电桥电路3中的桥臂ab和桥臂ac之间为相同规格的矩形线圈，其中1个作为检测线圈31，另1个作为参考线圈32；电桥电路3中的桥臂bd和桥臂cd则分别为电阻R1和R2，电桥电路3的输出端b和c接差分放大器4的输入端，差分放大器4的输出端和前置放大器5的输入端连接，前置放大器5输出端和PCI数据采集卡6的输入端连接。
该涡流检测装置在进行铝合金板材残余应力涡流检测时可实现如下技术效果：采用电桥电路的方式进行涡流检测，可以避免温漂等影响，使测量结果更为准确。采用电桥电路及差分放大器及前置放大器，可以有效地降低噪声，提高信噪比。参考线圈32和检测线圈31采用矩形线圈，可以检测到涡流响应的极值，从而确定主应力方向。检测线圈以感应电压的形式输出检测信号。
如图2所示，基于上述的涡流检测设备，本发明给出了一种铝合金板材残余应力涡流检测方法，包括以下步骤：
步骤10：确定主应力的方向α1和α1。利用铝合金平板有应力时的差分输出信号Ubc和无应力时的差分输出信号U0，相减得到差分信号变化量，其中，差分信号变化量的极大值Umax和极小值Umin所在的线圈角度即主应力的方向。
步骤20：修正实测差分信号变化量。将主应力方向上的差分信号变化量的极大值Umax和极小值Umin乘以实验－模拟结果换算比k(k＝0.034)，得到ΔV1和ΔV2。
步骤30：求解应变ε1和ε2。将ΔV1和ΔV2分别代入涡流响应变化量与单向应变之间的关系式ΔVx＝(a+bc)εx，求出两个主应力方向上的应变ε1和ε2。其中，a表示加载方向应变对涡流响应影响系数，bc表示横向应变折算系数。
步骤40：反演主应力的大小。根据广义胡克定律，由步骤30得到的应变ε1和ε2计算出主应力的大小S1与S2。
广义胡克定律表示为：
S1＝(ε1+με2)/(1-μ2)
S2＝(με1+ε2)/(1-μ2)
其中，μ表示受力材料的泊松比，与材料的材质相关，为一定值。如硬铝合金的弹性模量为70GPa，泊松比为0.3。
本发明基于材料压阻效应原理，采用电桥式涡流检测电路，并采用矩形的涡流检测线圈，从而通过涡流检测方式获得铝合金板材残余应力的最大值、最小值及应力方向，再通过广义胡克定律进行反演计算获得在该两个应力方向的主应力。该方法可方便地检测残余应力的大小及方向，而无需昂贵的检测设备及耦合剂。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种铝合金板材残余应力涡流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤10：采用矩形线圈进行涡流检测，确定板材的主应力的方向α1和α1；步骤20：将主应力方向上的差分信号变化量的极大值Umax和极小值Umin实验一模拟数据结果换算比k，得到ΔV1和ΔV2；步骤30：将ΔV1和ΔV2分别代入涡流响应变化量与单向应变之间的关系式，求出两个主应力方向上的应变ε1和ε2；步骤40：根据广义胡克定律进行反演计算，由步骤30得到的应变ε1和ε2计算出主应力的大小S1与S2；
所述步骤30中的涡流响应变化量与单向应变之间的关系式表示为：
ΔVx＝(a+bc)εx
其中，a表示加载方向应变对涡流响应影响系数，bc表示横向应变折算系数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤10中应用一种电桥式涡流检测装置，其电桥电路的四个桥臂分别设置了检测线圈、参考线圈和两个电阻，所述检测线圈和参考线圈采用相同规格的矩形线圈；利用铝合金平板有应力时的差分输出信号Ubc和无应力时的差分输出信号U0，相减得到差分信号变化量，其中，差分信号变化量的极大值Umax和极小值Umin所在的线圈角度即主应力的方向。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤20中的实验-模拟结果换算比k等于0.034。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤40中的广义胡克定律表示为：
S1＝(ε1+με2)/(1-μ2)
S2＝(με1+ε2)/(1-μ2)
其中，μ表示板材材质的泊松比。
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