基于高频柱面超声导波的螺栓轴向应力测量

基于金属杆件中高频超声导波的传播特性,提出使用柱面导波高阶不同模态群速度比值的单探头螺栓轴向应力测量方法.使用数值方法求解考虑晶粒散射衰减的Pochhammer-Chree方程,得到了导波群速度&衰减系数频散曲线,并分析了其在高频区的传播规律.结合非线性声学以及弹性力学理论,推出基于群速度比值的螺栓轴向应力测量方法.搭建超声应力测量平台,讨论了脉冲超声激励下的实测导波信号特点并提出使用经验小波算法对信号进行模态分解,有效获取了信号中特定模态的群速度.使用该方法以及传统的纵横波声时比法进行了螺栓轴向应力对比标定和测量实验,结果表明前者平均测量误差约为4％,其精度明显高于传统方法(平均测量误差6％)且具有更简便的测量流程.