[发明专利]一种用于金属外壳下层弱受力区域定位及尺寸判定方法

说明书

本发明公开了一种用于金属外壳下层弱受力区域定位及尺寸判定方法，先对被测试件表面进行区域划分，获取弱受力区域的边界定位参考数组，然后利用声阻抗原理对弱受力区域进行初步定位，找出弱受力区域的初步轮廓线和轮廓点，最后调整轮廓点与轮廓线，并连接构成闭合区域视作为最终测得的弱受力区域，并计算出区域面积。

技术领域

本发明属于测量技术领域，更为具体地讲，涉及一种用于金属外壳下层弱受力区域定位及尺寸判定方法。

背景技术

航空、化学工业往往涉及详尽的质量控制和认证。保障相关设备的质量与安全要求是十分必要的，而关键结构的强度检测作为其中重要的一环，在近年来得到了广泛的关注。以金属为外壳的机翼结构、存储化学产品的罐体结构等被广泛应用在航空、化工等领域，若这类结构内部出现如脱粘、受力分布不均和未满填充等情况，会影响飞行器、化工生产的可靠性和安全性，产生颠覆性的后果。目前，针对金属外壳下层受力分布的检验方法主要分为有损检测和无损检测。

有损检测方法有力加载测试、轮廓法、纵切法、切槽法以及钻孔法等方法。力加载测试会改变测试对象原有结构检，轮廓法与纵切法需要对测对象进行电火花切割。切槽法和钻孔法方法通过释放测试对象内部应力实现受力检测。其中，小直径盲孔法因对工件损伤较小、测量较可靠，已成为现场实测的一种标准试验方法。但是，这些方法受测试原理的限制无法对已经投入使用的设备进行损耗情况、健康状态评估。

无损检测方法包括X射线衍射法、中子衍射法、磁性法、超声检测法、敲击法以及声阻抗法。X射线衍射法理论完善，但因有射线伤害和仅能测定表面应力使其应用受到很大限制，测试深度在1μm至30μm左右；中子成像技术的原理与现阶段广泛运用的X射线成像类似，均通过探测穿过样品后射线的强度分布来解释样品内部情况，但中子成像具有更强的穿透性。中子成像需要满足较为苛刻的条件，只有大型科研单位如美国航空航天局、洛斯阿拉莫斯国家实验室、日本原子能研究所、中国工程物理研究院等才具备；磁性法为根据铁磁体磁饱和过程中应力与磁化曲线之间的变化关系进行测定，在一定范围内(一般不超过10mm测量深度)适用；声学检测利用声换能器，检测方法主要有声弹性检测法和声阻检测法，声弹性检测法通过分析弹性波在固体材料中的传播速度与应力之间的关系获取测试对象内部的受力情况，但是，声弹性效应很微弱，超声波传播速度受应力变化的影响非常小，声速的准确测量对检测设备的精度和灵敏度都有较高的要求；敲击法通过敲击被测件产生振动，并用人耳所听到的声音作为判断被检测对象中是否存在缺陷。其优点是方便、低成本且易实现。缺点是依赖于操作人员的主观判断、只能分辨较大或较浅的缺陷。声阻抗检测法又称机械阻抗检测法，能够把反映材料振动特性的力学阻抗转换为超声换能器的负载阻抗。材料的力学阻抗与内部应力分布存在一定关系，可通过对超声换能器特性的测量判断材料力学阻抗的变化，从而达到检测的目的。但是，采用声组法进行检测时，一般通过检测信号的幅值、相位和频率变化区分被测对象是否存在缺陷，却难以做到定量分析。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于金属外壳下层弱受力区域定位及尺寸判定方法，利用声阻抗原理对金属壳体下层受力分布进行检测并获取稳定的参考值，定量地实现了对弱受力区域的位置以及尺寸判定。

为实现上述发明目的，本发明一种用于金属外壳下层弱受力区域定位及尺寸判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、对被测试件表面进行区域划分

(1.1)、将被测试件表面划分为n×n个小区块，记为S_ij，每个小区块S_ij的面积为L×L，其中，i,j∈{1,2,…,n}，i为行数，j为列数，L为小区块边长；

(1.2)、设弱受力区域为闭合区域，最小弱受力区域的尺寸为L_w×L_w，L_w为最小弱受力区域边长，小区块面积为最小弱受力区域面积的k倍，0＜k≤1；

(2)、获取弱受力区域的边界定位参考数组