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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：本发明提出一种基于Lamb波单模双频差分声时比的无基线空耦超声平面应力检测方法。本发明利用Lamb波的双频差分声时比作为应力表征的新参量，消去了现有技术中应力系数表达式引入的复合材料板中超声波传播距离L，且无需通过无应力下的参考信号获得声时差，从而避免了空耦超声应力检测时由于复合材料板中超声波传播距离L无法准确获得以及实验条件不一致等因素而引入的误差，提高了应力定量表征的准确度。

主权项：1.一种基于Lamb波单模双频差分声时比的无基线空耦超声平面应力检测方法，其特征在于：选取A0模态作为Lamb波的检测模态，根据Lamb波频散曲线与Snell定律确定空耦超声换能器的中心频率为f和倾角为α；根据空耦超声换能器的带宽，在带宽内确定两个合适激励频率f1和f2；在复合材料板的一侧，按照要求放置空耦超声换能器，并设置激励与接收超声空耦超声换能器之间的声波传播距离为一合适值；为了保证声束具有足够能量，确定激励信号周期为N，并采用信号发生器连接功率放大器分别产生频率为f1和f2的激励信号，经过50欧姆负载进行阻抗匹配，并经过低通滤波器后，施加在激励空耦超声换能器上；在接收位置用接收空耦超声换能器接收回波，并通过前置放大器以及抗混叠滤波器对回波进行放大与滤波处理，由高速采集板卡采集并上传至上位机；所述方法具体为：步骤1、设置检测方向与纤维坐标系方向的夹角为ω，通过拉伸试验，在0-100MPa范围内以10MPa为间隔施加拉力，获得11组接收回波信号，为消除偶然误差，同一应力下重复10次实验；分别获得激励频率为f1和f2的传播声时Tf1,σ,L和Tf2,σ,L；步骤2、随后，移动接收空耦超声换能器使两空耦超声换能器之间的距离增加ΔL；再次获得此时激励频率为f1和f2的传播声时Tf1,σ,L’和Tf2,σ,L’，获得双频差分声时比Rf1,f2＝[Tf1,σ,L’-Tf1,σ,L][Tf2,σ,L’-Tf2,σ,L]；取同一应力下的10次结果的平均值作为该应力下的双频差分声时比R，通过最小二乘法获得双频差分声时比R和应力σ的曲线线性拟合关系式Rf1,f2＝Kσ+B；步骤3、实现未知应力检测时，按照上述步骤获得分别激励频率为f1和f2的双频差分声时比Rf1,f2，代入标定获得的关系式Rω＝Kωσ+Bω实现碳纤维复合材料板的高准确度应力检测；步骤4、重复步骤1-步骤3，测得0°方向、45°方向以及90°方向的三个不同方向的应力值σ0°、σ45°以及σ90°；步骤5、结合莫尔圆应力理论，获得检测点的平面应力信息，主应力σ1、σ2以及主应力方向与纤维坐标系的夹角θ。

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