1.一种金属增材制造件弹性常数激光超声测量方法,其特征在于,应用于金属增材制造件,所述金属增材制造件设有第一表面和第二表面,所述第一表面与所述第二表面为相邻垂直关系,包括以下步骤:S1、通过将脉冲激光聚焦作用于金属增材制造件的第一表面的激励点以产生超声波,所述超声波通过金属增材制造件的内部传播至所述第一表面的对心面,所述第一表面所对应的材料结构表现为各向同性材料结构;
S2、通过探测激光聚焦照射于所述第一表面的对心面的接收点,以探测所述超声波产生的超声波信号;
S3、获取所述超声波信号的时间原点,从而得出所述超声波信号随时间变化的波动图像,以得到所述第一表面相应的第一时域信号;
S4、根据所述第一时域信号获取第一纵波信号和第一横波信号,计算第一纵波波速和第一横波波速;
S5、将所述金属增材制造件的所述第一表面转换为第二表面,以使所述脉冲激光聚焦作用于所述第二表面的激励点,重复执行步骤S2~S3,以获得所述第二表面相应的第二时域信号,根据所述第二时域信号获取第二纵波信号、第二横波信号和第三横波信号,计算第二纵波波速、第二横波波速和第三横波波速,所述第二表面垂直于所述第一表面,所述第二表面所对应的材料结构表现为各向异性材料结构;
S6、基于固体力学理论公式,根据所述第一纵波波速、所述第一横波波速、所述第二纵波波速、所述第二横波波速和所述第三横波波速计算所述金属增材制造件的弹性常数值;
步骤S6具体包括:
S701、基于christoffel弹性理论得到刚度系数与超声波波速的关系,具体为:2
|Cijklninj‑ρvδik|=0
式中,Cijkl表示金属增材制造件的刚度系数;ni与nj为与晶粒坐标系的坐标轴有关的余弦值;v表示波速;ρ表示金属增材制造件的密度;δik为克罗内克算子;
S702、基于各向异性介质的相速度特征方程,根据所述刚度系数与超声波波速的关系可以得到所述第一纵波波速、所述第一横波波速、所述第二纵波波速、所述第二横波波速和所述第三横波波速分别与对应的材料刚度系数的关系,具体为:2
c11=ρvyy
2
c12=ρvyx
2
c33=ρvzz
2
c66=ρvzx
2
c44=ρvxz
式中,v(·)表示波速,c(·)表示刚度常数,其下标均表示应力方向分量;
S703、根据所述步骤S702中的所述第一纵波波速、所述第一横波波速、所述第二纵波波速、所述第二横波波速和所述第三横波波速分别与对应的材料刚度系数的关系构建刚度矩阵,具体为:式中,基于弹性理论得到关系式c12=c11‑c66;
S704、根据刚度矩阵与柔度矩阵的互逆关系,得出柔度矩阵,从而得出金属增材制造件的弹性常数值,柔度矩阵具体为:式中, G22=G23,E1为同性弹性模量,E2为异性弹性模量,μ12为各向同性泊松比,μ22为各向异性泊松比,G12为各向异性面的剪切模量。
2.根据权利要求1所述的金属增材制造件弹性常数激光超声测量方法,其特征在于,所述第一表面的激励点与其对心面的接收点在所述金属增材制造件的同一轴线上。
3.根据权利要求1所述的金属增材制造件弹性常数激光超声测量方法,其特征在于,所述步骤S4中计算第一纵波波速具体包括:S401、获取所述脉冲激光到达所述第一表面的激励点的激励时间和所述超声波传播至所述第一表面的接收点的接收时间;
S402、根据所述激励时间和接收时间得出所述超声波的传播时间;
S403、根据所述传播时间和所述超声波在所述金属增材制造件中的传播长度计算所述第一纵波波速。
4.一种金属增材制造件弹性常数激光超声测量系统,用于执行权利要求1~3任一项所述的金属增材制造件弹性常数激光超声测量方法,其特征在于,包括:脉冲激光器、激光干涉仪、工控机、光电探测器、三轴移动夹持平台、三轴移动驱动模块和PC电脑,所述脉冲激光器、所述激光干涉仪、所述光电探测器均与所述工控机电连接,所述工控机与所述PC电脑电连接,所述PC电脑与所述三轴移动驱动模块电连接,所述三轴移动驱动模块与所述三轴移动夹持平台电连接;
所述脉冲激光器用于以预设的脉冲功率发出脉冲激光后,将所述脉冲激光聚焦作用于待检测的金属增材制造件的表面的激励点以产生超声波,从而使得所述超声波通过金属增材制造件的内部传播至所述激励点所在表面的对心面;
所述激光干涉仪用于发出探测激光,使所述探测激光聚焦照射于所述表面的对心面的接收点,还用于探测所述超声波产生的超声波信号;
所述光电探测器用于探测所述待检测的金属增材制造件的所述表面所接收到的所述脉冲激光,以获得所述超声波信号的时间原点;
所述工控机用于接收所述激光干涉仪传输的所述超声波信号和所述光电探测器传输的所述超声波信号的时间原点后,将所述超声波信号和所述超声波信号的时间原点传输至所述PC电脑;
所述PC电脑用于根据所述超声波信号的时间原点和所述超声波信号,得出所述超声波信号随时间变化的波动图像,以得到时域信号;还用于根据所述时域信号获取纵波信号和横波信号;还用于根据预设的波速公式数据库计算纵波波速和横波波速;还用于基于预先存储的固体力学理论公式数据库,根据所述纵波波速和所述横波波速计算所述待检测的金属增材制造件的弹性常数值;
所述三轴移动夹持平台用于夹持所述待检测的金属增材制造件;
所述三轴移动驱动模块用于根据所述PC电脑预先发送的驱动信号控制所述三轴移动夹持平台动作,从而使所述三轴移动夹持平台在空间位置上调整所述待检测的金属增材制造件的夹持位置,以调整所述待检测的金属增材制造件相对所述探测激光的表面。
5.根据权利要求4所述的金属增材制造件弹性常数激光超声测量系统,其特征在于,所述脉冲激光器与所述待检测的金属增材制造件之间设有光路转换模组,用于限制所述脉冲激光器发出的所述脉冲激光聚焦作用于所述待检测的金属增材制造件的表面的激励点。
6.根据权利要求5所述的金属增材制造件弹性常数激光超声测量系统,其特征在于,所述光路转换模组包括反光镜和凸透镜,所述反光镜设于所述述脉冲激光器的出光光路上,所述凸透镜设于所述反光镜的反射光路上。
7.根据权利要求4所述的金属增材制造件弹性常数激光超声测量系统,其特征在于,所述三轴移动夹持平台包括X轴移动台、Y轴移动台、Z轴移动台和夹持架,所述X轴移动台用于驱动所述待检测的金属增材制造件沿X轴方向运动;所述Y轴移动台用于驱动所述待检测的金属增材制造件沿Y轴方向运动;所述Z轴移动台用于驱动所述待检测的金属增材制造件沿Z轴方向运动,所述夹持架用于夹持所述待检测的金属增材制造件。