基于波动理论的管结构损伤检测方法

　　而声发射等被动检测手段避免了这一问题,实现了对现役海洋平台的在线监测。综述了基于瞬态波、应力波、导波和模态声发射等波动理论进行的管结构声发射检测研究成果。对基于波动理论进行复杂结构检测的前景做了展望。

　　目前,声发射检测大部分集中在参数分析方法上,但该检测方法存在较大的缺点,如它所接收到的信号受传感器噪声影响较大,一般只能做到缺陷的定位及简单的判别,不能确定AE源的其它性质,如缺陷的类型和程度等。波形分析方法[1-3]则可以比较全面地揭示这些信息,其在声发射基本理论研究和工程实践中具有广阔的应用前景。

　　对声发射的研究涉及瞬态波、应力波、导波和模态声发射等波动问题,利用波动理论对简单管结构的缺陷检测已取得了丰富的研究成果。为此,笔者介绍了管道、圆柱壳等波动理论的研究成果,以期待对海洋平台领域的声发射检测研究提供新的思路和方法。

　　1　瞬态波

　　声发射是当材料破坏时产生的一种瞬态波动,因此,瞬态波动理论对研究声发射有借鉴意义。腾宁钧等人[4]利用广义射线法研究了Timosh-enko型圆柱壳受对称冲击载荷作用时的弹性瞬态波的传播过程,将由波源发出的在某个瞬时到达接受点的波分解为直接到达、经过一次反射到达、经过两次反射到达、……、到经N次反射到达的波叠加而成,为壳体瞬态波的研究提供了有益的思路。

　　吴斌等人[5]对计及剪切变形和转动惯性效应的有限长正交各向异性圆柱壳受冲击扭矩作用的问题进行了研究,指出冲击扭矩作用下剪力随时间的变化规律与纵波模型类似,经固定端反射后剪力加倍,此处为材料最易破坏的地方。

　　吴斌[6]用特征线法研究了正交各向异性复合材料圆柱壳受冲击载荷作用的弹性波传播问题。说明随着角度(复合材料纤维与主曲率)的变化,即使只受轴向冲击载荷作用,圆柱壳内力仍会产生耦合作用,使研究问题变得复杂。李永池[7]用粘弹比拟法研究了层合板中的瞬态波的传播问题。

　　田家勇等人[8]利用改进的回转矩阵法对钢架结构中的瞬态波的传播进行了研究,并指出节点阻尼对弹性波传播的影响不可忽略。

　　2　应力波

　　应力波检测技术源于声发射思想,与声发射不同之处在于,它是一种主动检测手段。应力波技术自1976年由Egle等人提出以后,在各个学科领域,受到了许多学者的关注,进行了大量的研究和实验工作,并得到了许多有意义的结果。

　　Henneke等人[9]研究监控疲劳载荷下的损伤比时提出了功率谱方法,结果表明采用功率谱法比采用刚度法效果更好。王秀彦等人[10]研究了轴对称加载条件下,有缺陷和无缺陷的管道中应力波的传播特性。研究中采用力锤激励,测量采用动态应变电测法。结果表明,在实验室条件下,金属管道中激励波的传播距离可达两百米以上。这种方法有可能用来实现管道的长距离检测;但由于缺陷较小,实验得到的时域信号中难以直接观察到缺陷回波,因此对缺陷的检测还需要进一步的研究。