【摘 要】
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内部应力是机械结构工作可靠性和寿命的重要影响因素。一般情况下,内部应力的长期存在,使得构件性能降低,微观尺度上出现裂纹。裂纹处发生的应力集中效应进一步加剧裂纹的扩展,从而使构件寿命下降,甚至发生脆性断裂导致重大生产安全事故等。在残余应力的测量中,超声波无损检测法具有安全无污染、探测深度深和方向性好等优点,适合在役设备的测量。本文的主要工作如下:首先,设计超声波发射电路板,使用FPGA产生的方波控制
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内部应力是机械结构工作可靠性和寿命的重要影响因素。一般情况下,内部应力的长期存在,使得构件性能降低,微观尺度上出现裂纹。裂纹处发生的应力集中效应进一步加剧裂纹的扩展,从而使构件寿命下降,甚至发生脆性断裂导致重大生产安全事故等。在残余应力的测量中,超声波无损检测法具有安全无污染、探测深度深和方向性好等优点,适合在役设备的测量。本文的主要工作如下:首先,设计超声波发射电路板,使用FPGA产生的方波控制脉冲宽度,FPGA能够精细地调节脉宽,使用拨码开关调节脉宽宽度以适配不同的探头。在回波处理电路中,增加通道选择电路以在一发一收电路中对发射波和回波进行分析。在带通电路中,使用高带宽的带通电路,以通过感兴趣的高次谐波成分。其次设计了数据采集卡采集超声波信号。数据采集卡使用FPGA作为主控,采样频率为100MSPS,量化精度为11Bits。使用DDR3 SDRAM进行数据缓存,通信接口为USB3.0;数据采集卡支持硬件触发和软件触发模式;介绍了 FPGA内部控制各模块工作的状态机和CYUSB3014的内部固件程序流程图;介绍上位机程序的初始化流程图和数据采集时的流程图。最后,设计预制应力试件,根据采集到的数据分别分析一次参数中的声速和声能量随着应力的变化,发现声速和声能关于应力呈线性关系,但是测量过程中存在不准确的试件。对数据进行频谱变换,发现应力越大,频谱中高次谐波幅值越大,高次谐波的测量中,试件都符合测量的曲线,表明非线性参数比线性参数测量更为稳定。
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