無(wú)損檢測(cè)理論基礎(chǔ)

第二章無(wú)損檢測(cè)的理論基礎(chǔ)1學(xué)習(xí)指南2

本章主要介紹無(wú)損檢測(cè)的理論基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要了解目前無(wú)損檢測(cè)的主要檢測(cè)手段，并掌握以振動(dòng)、波動(dòng)為核心的基本理論。3無(wú)損檢測(cè)的主要方法簡(jiǎn)介無(wú)損檢測(cè)技術(shù)即非破壞性檢測(cè)，就是在不破壞待測(cè)物質(zhì)原來(lái)的狀態(tài)、化學(xué)性質(zhì)等前提下，利用聲、光、磁電，以及振動(dòng)等特性，來(lái)獲取與待測(cè)物的品質(zhì)有關(guān)的內(nèi)容、性質(zhì)或成分等信息所采用的檢查方法。依據(jù)所依托的技術(shù)手段，工程無(wú)損檢測(cè)技術(shù)大體可分為波動(dòng)振動(dòng)類、電磁波類以及其它類等幾大類。4無(wú)損檢測(cè)的主要方法簡(jiǎn)介其中，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛且較為典型的工程無(wú)損檢測(cè)方法主要有：沖擊彈性波法、超聲法雷達(dá)法檢測(cè)技術(shù)紅外熱像法X射線5無(wú)損檢測(cè)基本理論：振動(dòng)無(wú)損檢測(cè)需要依存相應(yīng)的媒介，如光、電磁波、彈性波等，這些媒介大多具有波動(dòng)性和振動(dòng)性。同時(shí)，直接誘發(fā)測(cè)試對(duì)象的振動(dòng)，通過(guò)分析其時(shí)域和頻域動(dòng)力響應(yīng)，也是一種診斷和分析結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性的方法。

因此，了解和掌握振動(dòng)、波動(dòng)的基本理論是非常必要的。6無(wú)損檢測(cè)基本理論：振動(dòng)

物體在一定位置附近來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，稱為振動(dòng)。對(duì)于連續(xù)介質(zhì)，當(dāng)某一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)，該質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)能量就會(huì)傳遞到周圍質(zhì)點(diǎn)上，從而引起周圍質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。這種振動(dòng)能量在介質(zhì)內(nèi)部的傳播過(guò)程稱為波動(dòng)。

振動(dòng)和波動(dòng)是既有區(qū)別又有聯(lián)系的兩種物理現(xiàn)象。振動(dòng)是物質(zhì)的一種運(yùn)動(dòng)形式，波動(dòng)是振動(dòng)的傳播過(guò)程。7簡(jiǎn)諧振動(dòng)

簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特征

簡(jiǎn)諧振動(dòng)是一種周期振動(dòng)，它可以視作一個(gè)物體或質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)位置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，在一定的時(shí)間間隔（周期）后，運(yùn)動(dòng)自身精確地重復(fù)。周期振動(dòng)可以用振動(dòng)位移為時(shí)間的函數(shù)關(guān)系來(lái)表示：8簡(jiǎn)諧振動(dòng)

簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特征

上式中T代表振動(dòng)周期，即兩個(gè)相鄰的、完全相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。周期的倒數(shù)稱為頻率f。其單位為Hz（赫茲），即1/s。9簡(jiǎn)諧振動(dòng)

簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特征

振動(dòng)的大小可用位移、速度和加速度等的不同量值來(lái)表征。只要是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，各參量之間就有固定的數(shù)學(xué)關(guān)系。如果位移x用表示，時(shí)間用t表示，則簡(jiǎn)諧振動(dòng)可表示為：圓頻率初相位振幅位移位移、速度、加速度由(

t+

)確定10振動(dòng)量的描述每一個(gè)振動(dòng)量對(duì)時(shí)間坐標(biāo)作出的波形，可以得到峰值、峰峰值、有效值和平均絕對(duì)值等量值，它們之間存在一定的關(guān)系。振動(dòng)量的描述常用峰值表示，但在研究比較復(fù)雜的波形時(shí)，只用峰值描述振動(dòng)過(guò)程是不夠的。因?yàn)榉逯抵荒苊枋稣駝?dòng)大小的瞬時(shí)值，不包含產(chǎn)生振動(dòng)的時(shí)間過(guò)程。在考慮時(shí)間過(guò)程時(shí)的進(jìn)一步描述，是平均絕對(duì)值和有效（均方根）值。11

無(wú)損檢測(cè)基本理論：波動(dòng)

波動(dòng)與振動(dòng)是密不可分的。振動(dòng)表示局部粒子的運(yùn)動(dòng)，其粒子在平衡位置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。而波動(dòng)則是全體粒子的運(yùn)動(dòng)的合成。12

波的基本要素

波的傳播速度V

；波長(zhǎng)λ；波數(shù)К；相位θ。13沖擊彈性波的定義彈性波即為在固體媒質(zhì)中傳播的變形擾動(dòng)沖擊：用激振錘等在固體表面產(chǎn)生沖擊擾動(dòng)PIT（基樁完整性測(cè)試）為代表14

彈性波的分類

根據(jù)彈性波波動(dòng)的傳播方向與粒子的振動(dòng)方向的關(guān)系，可以將其分類如下：P波S波瑞利波板波除上述幾種波型外，還有彎曲波、爬波、樂(lè)夫波、楔波等幾種類型。

15沖擊彈性波的產(chǎn)生

發(fā)振頻率

激振錘越小、產(chǎn)生的頻率越高

打擊對(duì)象越硬、激振錘與被測(cè)體間的接觸時(shí)間越短，產(chǎn)生的頻率也越高16

彈性波的衰減

幾何衰減透過(guò)衰減粘滯性衰減17

彈性波的其他特性

折射波的疊加與干涉波的衍射和惠更斯原理18

超聲波

當(dāng)機(jī)械波的頻率在人耳可聞的范圍內(nèi)（20—20000Hz）時(shí)，稱為可聞聲波，低于此范圍的稱為次聲波，而超過(guò)20000Hz的稱為超聲波。超聲波用于非破損檢測(cè)，就是以超聲波為媒介，獲得物體內(nèi)部信息的一種方法。19

超聲波

超聲波的激發(fā)和接收在超聲檢測(cè)中，應(yīng)用最多的是利用某些晶體或多晶陶瓷的聲電、電聲轉(zhuǎn)換效應(yīng)—壓電效應(yīng)來(lái)獲得超聲波。超聲波的頻率利用晶體或多晶陶瓷的壓電效應(yīng)獲得的超聲波通常具有較高的頻率，一般均在數(shù)百KHz，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)則較短。項(xiàng)目超聲波沖擊彈性波產(chǎn)生壓電晶體振動(dòng)錘擊等機(jī)械方式接收壓電晶體振動(dòng)加速度傳感器等能量小大頻譜頻率高、不平坦頻率低、平坦20超聲波與沖擊彈性波的不同本質(zhì)而言，兩者并無(wú)區(qū)別21

電磁波

微波的傳播反射和折射微波的衰減微波在工程檢測(cè)中的應(yīng)用基礎(chǔ)微波檢測(cè)是依據(jù)電磁特性，因其穿透能力強(qiáng)，同時(shí)在微波頻段，各種材料的電磁特性變化比其他物理性質(zhì)對(duì)受檢試件的缺陷尤其分層脫粘異物等更為敏感。22

X射線

X射線是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，波長(zhǎng)為10-11~10-8m。由于X射線的波長(zhǎng)很短，因此其粒子性很強(qiáng)，但也顯現(xiàn)一定的波動(dòng)特性。

由于X射線的波長(zhǎng)小于大多數(shù)材料原子間的距離，因此能穿透一般可見(jiàn)光所不能透過(guò)的物質(zhì)。其穿透能力的強(qiáng)弱，與X射線的波長(zhǎng)以及被穿透物質(zhì)的密度和厚度有關(guān)。X射線波長(zhǎng)愈短、密度愈低、厚度愈薄，則X射線愈易穿透。利用X光的強(qiáng)穿透性和成像，在工程檢測(cè)中常用于結(jié)構(gòu)的缺陷檢測(cè)。23

紅外線

紅外線是介乎可見(jiàn)紅光和微波之間的電磁波，它的波長(zhǎng)范圍為0.76—100μm，頻率為Hz，圖2-3