李志远

(合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009)

0 引 言

工程结构的质量监控始终都是研究人员关注的重中之重,对一些严重影响到结构质量的缺陷进行无损检测,传统超声检测是目前最常用的方法。传统超声无损检测基于线性超声理论,通过测量波速、反射系数、透射系数、衰减等来表征材料特性及材料损伤,可以有效地识别出大尺寸缺陷以及宏观的裂纹。但是对于接触性的疲劳裂纹,其界面两侧的金属面还处于贴合状态,实际的裂纹宽度非常之小,传统超声检测的回波很难识别出缺陷波信号。而非线性超声方法是利用超声波在结构中传播时介质或损伤与其相互作用所表现出来的非线性特征进行材料性能评估或损伤识别,本质上反映的是材料缺陷或损伤对介质非线性的影响。

近年来大量的研究结果表明,接触界面的力学性能有很高的非线性特征[1-3],对于接触性缺陷,采用非线性超声技术具有非常好的效果。非线性超声检测方法可分为谐波法、振动声调制法、非线性谐振法和混频法等。根据非线性弹性波动谱理论,高次谐波滋生、混频声场调制、声共振频率漂移和慢速动力学特性是介质损伤非线性的不同表现形式,因此都可用于损伤的检测和识别。高次谐波方法需要采用有限振幅声波激励以激发损伤的非线性,而产生高频率、大振幅的声波对测试系统要求较高;金属结构中的慢速动力学特性研究较少,目前还局限于试验现象的观测和定性解释,缺乏实用的理论模型建立损伤和滞回时间之间的定量关系。……