Page 96 - 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

为了利于计算收敛与提高计算效率，保证各接触
对在分析初始阶段相互接触，除压装界面接触对外其
他接触对均选择一致对。瞬态求解器的时间步长允
许最低抽样频率大于实际信号频率的2倍且一个周期
[14]
内超声波至少需要20个解析步解析 ，故时间步长应
小于3×10 s。综合考虑，设置瞬态求解器的时间步
−8
长为2×10 s，仿真求解的总时间应大于表面波传播
−8
至接收点的时间，设置仿真总时间为6×10 s。
−5
2.2 有限元仿真模型准确性验证
过盈量与压装界面压力的线性正相关关系如
图5所示，图中斜率为1 527 MPa · mm ，由式（4）推 图 5 过盈量与压装力关系曲线
−1
导可得理论斜率为1 586 MPa · mm ，考虑是压装界 现明显下降。
−1
面参数化形貌等因素引起的误差。理论斜率与仿真 为验证该仿真模型的准确性，提取1.865×10 s，
−5

数据斜率相近，验证了静力学模型的准确性。 4. 495×10 − 5 s时应力第二主不变量及边界一、边
基于Comsol软件建立车轴压装界面瞬态动力 界二的压力变化，其结果如图 7 所示。图 7（a），
学配合分析模型。激励传感器产生频率为1. 5 MHz （b）中橙色表示剪切波（横波）在 1. 865×10 − 5 s，
的超声波，声波传入轴体，透过压装界面进入轮毂， 4. 495×10 s时对车轴应力第二主不变量的大小与
−5
最后被信号接收传感器接收。各时段声压图及边界 方向的影响。蓝色表示折射纵波在1. 865×10 s，
−5
声压图如图6所示。如图6（b）所示，当超声波到达 4. 495×10 s时对车轴应力第二主不变量的大小与
−5
压装界面时，入射波与反射波发生混叠，并产生透射 方向的影响。图7中横波与垂线成45°~50°， 且第二
波。当透射波到达轮毂右侧面边界时，透射波经过 主不变量方向与横波的传播方向垂直，与纵波的传
左侧界面产生反射波，该反射回波将淹没后续透射 播方向平行。验证了横波质点振动方向与波的传播
−5
波，致使到终端电压在4. 5×10 s~5×10 s处出 方向垂直，纵波质点振动方向与波的传播方向平行。
−5

图 6 车轴压装界面各时段声压图及边界声压图
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2024 年 第 46 卷 第 8 期
无损检测