Page 95 - 无损检测2024年第八期

吴 伟，等：

车轴压装界面微动磨损尺寸的非线性检测

图 3 车轴压装界面超声检测二维结构模型
表2 车轴、轮毂各部分模型材料参数
密度/ 横波速度/ 纵波速度/
结构 材料 泊松比
−1
−1
−3
(kg · m ) (m · s ) (m · s )
车轴 35CrMo 7 850 0.28 3 260 5 928
轮毂 35CrMo 7 850 0.28 3 260 5 928
传感器 PZT-5H 7 500 - 1 750 4 620
楔块 丙烯酸塑料 1 190 - 1 000 2 080
匹配层/ 环氧树脂 2 280 0.35 1 920 3 400
阻尼块
图 4 超声斜入射波型转换示意
sin α sin β sinγ 为0.25 mm，微动磨损长度L为1 mm时，设定微动
c = c = c （11）
p1 p2 s2 磨损深度H分别为0.03，0.05，0.08，0.10 mm的损
式中： α 为入射波角；β 为纵波折射角；γ 为横波折 伤检测模型，探究微动磨损深度对基波幅值、二次谐
−1
射角；c =2 080 m · s ，为塑料楔块纵波声速；c = 波幅值的影响。在车轴压装界面过盈量为0.25 mm，
p2
p1
5 980 m · s ，为车轴纵波声速；c =3 260 m · s ，为 微动磨损深度H为0.05 mm时，建立微动磨损长度
−1
−1
s2
车轴横波声速。 L分别为0.10，0. 25，0.50，1.00 mm的损伤检测模型，
基于车轴结构尽量减小声波的传播距离，从 探究磨损长度对基波幅值与二次谐波幅值的影响。
而减小仿真模型计算时间，由式（11）可得塑料 车轴压装界面超声检测仿真分析过程为：将过
− 1
楔块纵波声速为 2 080 m · s ，车轴纵波波速为 盈配合压装界面分步压紧，从而减小模型计算误差；
−1
−1
5 980 m · s ，横波波速为 3 260 m · s ，此时入射 再将车轴过盈配合静力学分析结果导入到瞬态动力
角α 应为20°~40°。基于车轴结构选择剪切波折射 学声场中，作为弹性波固体介质内传播的初始条件，
角γ=47°，此时入射角α=28˚。因此剪切波与法线 具体过程如下。
成47°夹角向压装界面方向传播，折射纵波将沿着测 信号激励传感器产生1. 5 MHz、3周期调制正弦
试样品的表面掠过，经界面反射进入车轴内，斜入射 波信号，激励信号波形如图3（d）所示。超声信号经
波型转换示意如图4所示。 车轴传播，透过压装界面进入轮毂，从而被信号接收
为讨论微动磨损尺寸和压装力分别对非线性系 装置接收。超声波在车轴中传播，每个波长需要约
数的影响，在车轴-轮毂压装界面内侧植入微动磨 1. 5个网格单元方可解析。需要求解的信号最大频率
损，如图3（a）所示，微动磨损深度为H，微动磨损长 需大于3 MHz，则计算出最大网格宽度约为1. 2 mm。
度为L。在无磨损下，即H=0，L=0时，设置过盈量 为保证仿真结果的准确性，且获得更加合理的
分别为0.05，0.10，0.15，0.20，0.25 mm，讨论车轴压 运算时间，该模型选择边长为0. 5 mm的自由四边形
装力对基波幅值、二次谐波幅值的影响。在过盈量 网格。

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2024 年 第 46 卷 第 8 期
无损检测