本發(fā)明涉及力學(xué)性能檢測(cè)，具體而言，尤其涉及一種四極變角度磁測(cè)探頭及平面矢量應(yīng)力測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

1、隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，很多領(lǐng)域?qū)堄鄳?yīng)力的檢測(cè)要求越來越高。無損檢測(cè)是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展必不可少的工具，是在不損害或基本不損害材料或構(gòu)件的情況下探測(cè)被檢測(cè)對(duì)象的各種缺陷。目前我國(guó)處于大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)階段，鐵路施工、橋梁架設(shè)等工程都以各種鋼材為基本材料，在進(jìn)行各種機(jī)械工藝時(shí)，如冷拉、彎曲、鑄造、鍛壓、焊接、切削、熱處理和裝配等都會(huì)使工件內(nèi)出現(xiàn)不同程度的殘余應(yīng)力，因而對(duì)鋼鐵構(gòu)件進(jìn)行無損檢測(cè)的需求日增。無損檢測(cè)技術(shù)中目前發(fā)展最引人注目的是磁測(cè)方法，對(duì)于殘余應(yīng)力磁測(cè)方法，國(guó)外學(xué)者進(jìn)行了許多有效的理論和試驗(yàn)研究。

2、h.yamada等學(xué)者分析了四極傳感器的磁路分布，進(jìn)行了相關(guān)的磁路計(jì)算并首先提出在材料的各個(gè)方向上，材料的磁導(dǎo)率呈橢圓形分布的特點(diǎn)，而且主磁導(dǎo)率與主應(yīng)力成線性關(guān)系。磁導(dǎo)率的變化與相應(yīng)的輸出有一定的關(guān)系，進(jìn)行了推導(dǎo)后得出結(jié)論：激勵(lì)磁極的連線與主應(yīng)力方向?yàn)?5°時(shí)，有v＝k(σx-σy)的關(guān)系存在。西安交通大學(xué)王振山教授課題組對(duì)磁測(cè)應(yīng)力進(jìn)行了大量理論和實(shí)際應(yīng)用研究，進(jìn)行了探頭磁通變化與應(yīng)力之間的關(guān)系推導(dǎo)，得出了許多重要的結(jié)論：如提出了主應(yīng)力差與磁通變化之間呈線性關(guān)系的結(jié)論，并將此結(jié)論運(yùn)用到實(shí)際檢測(cè)中去?；谏鲜鰧W(xué)者的研究理論成果發(fā)現(xiàn)，所有的磁測(cè)方法只能測(cè)量平面單點(diǎn)處最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力的差值及方向角，雖然已經(jīng)獲得平面單點(diǎn)處的主應(yīng)力差值，但是最大主應(yīng)力σ1與最小主應(yīng)力σ2的數(shù)值組合卻有成千上萬種，所以現(xiàn)有的磁測(cè)方法不能完全做到直觀的表示出平面應(yīng)力狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)上述提出的現(xiàn)有方法無法得到平面單點(diǎn)處最大主應(yīng)力σ1與最小主應(yīng)力σ2的絕對(duì)值等技術(shù)問題，而提供一種四極變角度磁測(cè)探頭及平面矢量應(yīng)力測(cè)量方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

3、一種四極變角度磁測(cè)探頭，包括：變角度探頭勵(lì)磁磁芯、變角度探頭檢測(cè)磁芯和變角度探頭多層線圈，所述變角度探頭多層線圈套在變角度探頭勵(lì)磁磁芯和變角度探頭檢測(cè)磁芯上，所述變角度探頭勵(lì)磁磁芯與變角度探頭檢測(cè)磁芯之間形成非90°夾角。

4、本發(fā)明還提供了一種平面矢量應(yīng)力測(cè)量方法，使用上述四極變角度磁測(cè)探頭進(jìn)行測(cè)量，包括如下步驟：

5、通過四極變角度磁測(cè)探頭中成非90°夾角的變角度探頭勵(lì)磁磁芯與變角度探頭檢測(cè)磁芯，改變?cè)嚰砻嬲龎毫Ζ襵和σy方向的磁路長(zhǎng)度之比，改變正壓力σx和σy的系數(shù)，并利用第一測(cè)量方法或第二測(cè)量方法進(jìn)行平面單點(diǎn)處矢量應(yīng)力測(cè)量，獲得平面內(nèi)單點(diǎn)處最大主應(yīng)力σ1和最小主應(yīng)力σ2的矢量應(yīng)力值及主應(yīng)力方向角θ。

6、進(jìn)一步地，所述第一測(cè)量方法包括：

7、獲取四極垂直探頭的靈敏度系數(shù)k1、四極變角度磁測(cè)探頭的靈敏度系數(shù)k2和變角度比例系數(shù)c；

8、通過四極垂直探頭在平面單點(diǎn)處測(cè)量得到0°方向和45°方向的兩個(gè)輸出電壓值；

9、通過四極變角度磁測(cè)探頭在平面單點(diǎn)處測(cè)量得到0°方向的輸出電壓值；

10、根據(jù)獲得的三個(gè)輸出電壓值，結(jié)合靈敏度系數(shù)k1、靈敏度系數(shù)k2和變角度比例系數(shù)c，得到平面內(nèi)單點(diǎn)處最大主應(yīng)力σ1及最小主應(yīng)力σ2的矢量應(yīng)力值。

11、進(jìn)一步地，所述第二測(cè)量方法包括：

12、獲取四極變角度磁測(cè)探頭的靈敏度系數(shù)k2和變角度比例系數(shù)c；

13、四極變角度磁測(cè)探頭在平面單點(diǎn)處以0°方向?yàn)榛鶞?zhǔn)角度，間隔45°同軸旋轉(zhuǎn)4個(gè)角度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量得到0°方向、45°方向、90°方向和135°方向的四個(gè)輸出電壓值；

14、根據(jù)獲得的四個(gè)輸出電壓值，結(jié)合四極變角度磁測(cè)探頭的靈敏度系數(shù)k2和變角度比例系數(shù)c，得到平面內(nèi)單點(diǎn)處最大主應(yīng)力σ1及最小主應(yīng)力σ2的矢量應(yīng)力值。

15、進(jìn)一步地，平面內(nèi)單點(diǎn)處最大主應(yīng)力σ1、最小主應(yīng)力σ2及主應(yīng)力方向角θ滿足如下公式：

16、

17、式中：σ1為平面單點(diǎn)處最大主應(yīng)力/mpa；σ2為平面單點(diǎn)處最小主應(yīng)力/mpa；θ為試件主應(yīng)力方向角/弧度；k1為四極垂直探頭的靈敏度系數(shù)/μv·mpa-1；k2為四極變角度磁測(cè)探頭的靈敏度系數(shù)/μv·mpa-1；為采用四極變角度磁測(cè)探頭沿x方向測(cè)量獲得的輸出電壓值/μv；v0為采用四極垂直探頭沿x方向(0°方向)測(cè)量獲得的輸出電壓值/μv；c為變角度比例系數(shù)；v45為采用四極垂直探頭沿與x方向成45°方向測(cè)量獲得的輸出電壓值/μv。

18、進(jìn)一步地，平面內(nèi)單點(diǎn)處最大主應(yīng)力σ1、最小主應(yīng)力σ2及主應(yīng)力方向角θ滿足如下公式：

19、

20、其中，

21、

22、式中：σ1為平面單點(diǎn)處最大主應(yīng)力/mpa；σ2為平面單點(diǎn)處最小主應(yīng)力/mpa；θ為試件主應(yīng)力方向角/弧度；k2為四極變角度磁測(cè)探頭的靈敏度系數(shù)/μv·mpa-1；c為四極變角度探頭比例系數(shù)；和分別為該點(diǎn)處x方向和y方向所對(duì)應(yīng)的電壓值/μv；和分別為該點(diǎn)處與x方向和y方向成45°方向所對(duì)應(yīng)的電壓值/μv；σ0°和σ90°分別為該點(diǎn)處x方向和y方向(90°方向)所對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力大小/mpa；σ45°和σ135°分別為該點(diǎn)處與x方向和y方向成45°方向所對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力大小/mpa。

23、進(jìn)一步地，靈敏度系數(shù)k1由單向拉伸標(biāo)定試驗(yàn)確定，其中單向拉伸標(biāo)定試驗(yàn)采用逐步加載應(yīng)力的方式，應(yīng)力間隔為10mpa，靈敏度系數(shù)k1滿足如下公式：

24、

25、式中：k1為四極垂直探頭的靈敏度系數(shù)/μv·mpa-1；k1i為單個(gè)間隔下加載應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的靈敏度系數(shù)/μv·mpa-1；n為加載次數(shù)；v0i為單個(gè)間隔下加載應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的0°方向的輸出電壓值/μv；σi為單個(gè)間隔下的加載應(yīng)力/mpa。

26、進(jìn)一步地，靈敏度系數(shù)k2由單向拉伸標(biāo)定試驗(yàn)確定，其中單向拉伸標(biāo)定試驗(yàn)采用逐步加載應(yīng)力的方式，應(yīng)力間隔為10mpa，靈敏度系數(shù)k2滿足如下公式：

27、

28、式中：k2為四極變角度磁測(cè)探頭的靈敏度系數(shù)/μv·mpa-1；k2i為單個(gè)間隔下加載應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的靈敏度系數(shù)μv·mpa-1；n為加載次數(shù)；為單個(gè)間隔下加載應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的90°方向的輸出電壓值/μv；σi為單個(gè)間隔下的加載應(yīng)力/mpa。

29、進(jìn)一步地，變角度比例系數(shù)c由單向拉伸標(biāo)定試驗(yàn)確定，滿足如下公式：

30、

31、式中：c為變角度比例系數(shù)；ci為單個(gè)間隔下加載應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的比例系數(shù)；n為加載次數(shù)；為單個(gè)間隔下加載應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的90°方向的輸出電壓值/μv；為單個(gè)間隔下加載應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的0°方向的輸出電壓值/μv。

32、較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

33、1、本發(fā)明提供的四極變角度磁測(cè)探頭及平面矢量應(yīng)力測(cè)量方法，與現(xiàn)有的測(cè)量方法相比，可以得到平面單點(diǎn)處最大主應(yīng)力σ1和最小主應(yīng)力σ2的矢量應(yīng)力值，以四極變角度磁測(cè)探頭為核心的兩種平面矢量應(yīng)力磁測(cè)方法更加直觀的反映出平面應(yīng)力狀態(tài)，并且同時(shí)避免了原有方法在處理數(shù)據(jù)過程中采用剪應(yīng)力差分法所產(chǎn)生的累積誤差，在磁性法檢測(cè)殘余應(yīng)力的領(lǐng)域內(nèi)具有廣闊應(yīng)用前景。

34、2、本發(fā)明提供的四極變角度磁測(cè)探頭及平面矢量應(yīng)力測(cè)量方法，針對(duì)平面單點(diǎn)處矢量應(yīng)力測(cè)量，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的四極垂直探頭測(cè)量方法無法獲得平面矢量應(yīng)力值進(jìn)行改善，提出一種四極變角度磁測(cè)探頭，四極變角度磁測(cè)探頭的主要特征為變角度探頭勵(lì)磁磁芯和變角度探頭檢測(cè)磁芯之間可形成非90°夾角，通過實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)四極變角度磁測(cè)探頭的輸出電壓值與應(yīng)力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，同時(shí)提出兩種計(jì)算方法求解平面矢量應(yīng)力值，對(duì)平面內(nèi)選取的不同點(diǎn)進(jìn)行依次測(cè)量，最終可獲得平面的應(yīng)力狀態(tài)。

35、基于上述理由本發(fā)明可在力學(xué)性能檢測(cè)等領(lǐng)域廣泛推廣。