[发明专利]环氧试块的次表面应力检测系统

权利要求书

1.一种环氧试块的次表面应力检测系统，其特征在于，包括：超声脉冲发生器、超声纵波发射探头、超声脉冲接收器、超声纵波接收探头、示波器、加压装置和处理器；

所述超声纵波发射探头的输出端和所述所述超声纵波接收探头的输入端分别连接待测环氧试块的两端；所述加压装置向待测环氧试块的两端加载应力；

所述超声脉冲发生器的输出端与所述超声纵波发射探头的输入端连接，并向所述超声纵波发射探头输出脉冲信号，以驱动所述超声纵波发射探头向所述待测环氧试块发射纵向超声波；

所述超声脉冲接收器的输入端与所述超声纵波接收探头的输出端连接；所述超声纵波接收探头接收穿过所述待测环氧试块的纵向超声波，并转换为电信号输入所述超声脉冲接收器；

所述超声脉冲接收器的输出端与所述示波器的输入端连接；所述示波器显示接收到的波形信号，并将接收到的波形信号发送至所述处理器；

所述处理器根据所述波形信号计算所述待测环氧试块的声弹性系数，并根据所述声弹性系数得到所述待测环氧试块次表面应力的压强。

2.如权利要求1所述的一种环氧试块的次表面应力检测系统，其特征在于，所述超声纵波发射探头和所述超声纵波接收探头均为所述超声纵波可变角探头；

所述超声纵波可变角探头为若干对不同频率的长方体型可变角探头。

3.如权利要求1所述的一种环氧试块的次表面应力检测系统，其特征在于，所述加压装置向待测环氧试块的两端加载应力，包括：所述加压装置按预设的应力梯度，向所述待测环氧试块增大压力压强。

4.如权利要求1所述的一种环氧试块的次表面应力检测系统，其特征在于，所述超声脉冲发生器向所述待测环氧试块发射临界折射纵波，所述临界折射纵波的传播方向平行于所述加压装置施加的应力作用方向。

5.如权利要求4所述的一种环氧试块的次表面应力检测系统，其特征在于，所述处理器还用于将所述待测环氧试块次表面应力压强与临界折射纵波固定传播距离内的传播时间进行数据拟合，并绘制次表面应力-临界折射纵波传播时间拟合曲线。

6.如权利要求5所述的一种环氧试块的次表面应力检测系统，其特征在于，所述根据所述波形信号计算所述待测环氧试块的声弹性系数，具体包括：

根据下式计算所述声弹性系数：

式中，K为声弹性系数；T₀为临界折射纵波在待测环氧试块零应力下传播参考时间，单位为μs；dσ为应力变化量，表示加载应力下应力σ与零应力σ₀之差，单位MPa；dT为传播时间变化量，表示加载应力下传播时间T与零应力下传播参考时间T₀差值，单位为μs；E为待测环氧试块的弹性模量。

7.如权利要求6所述的一种环氧试块的次表面应力检测系统，其特征在于，所述根据所述声弹性系数得到所述待测环氧试块次表面应力的压强，具体包括：

根据下式计算加载不同应力时，所述待测环氧试块次表面应力的压强：

其中，σ_c为待测环氧试块次表面应力的压强，单位MPa；K为声弹性系数；E为弹性模量，已知环氧试块的弹性模量为12.25GPa；T为临界折射纵波在加载应力的待测环氧试块中的传播时间，单位μs；T₀为临界折射纵波在试块零应力下传播参考时间，单位μs；σ₀为环氧试块未施加外部应力时的初始应力压强，单位MPa。

8.如权利要求6所述的一种环氧试块的次表面应力检测系统，其特征在于，还包括：根据所述超声纵波发射探头的频率，通过下式获得所述超声纵波发射探头的频率对应的待测环氧试块次表面应力深度；

D＝V×f^-0.92

式中，D为超声临界折射纵波检测的待测环氧试块次表面应力深度，V为待测环氧试块内的超声声速，f为超声纵波发射探头的频率；

计算所述超声纵波发射探头的不同频率对应的待测环氧试块次表面应力深度，并根得到所述待测环氧试块次表面应力深度不同时，所述待测环氧试块次表面应力的压强。