鐵路工程無損檢測技術(shù)-沖擊彈性波的基本概念及應(yīng)用

沖擊彈性波基本原理CONTENTS沖擊彈性波的基本概念沖擊彈性波信號測試及分析基礎(chǔ)代表無損檢測技術(shù)簡介沖擊彈性波檢測的應(yīng)用一、沖擊彈性波的基本概念CONTENTS振動和波的概念振動波動的基本要素激振信號強弱對測試的影響沖擊彈性波的反射特性彈性波的分類沖擊彈性波的產(chǎn)生沖擊彈性波的傳播（波速）振動概念波動概念振動VS波動1.振動和波的概念1.振動和波的概念振動概念物體在一定位置附近來回往復(fù)運動，稱為振動。簡諧振動是最基本的振動。波動概念對于連續(xù)介質(zhì)，當某一質(zhì)點振動時，該質(zhì)點的振動能量就會傳遞到周圍質(zhì)點上，從而引起周圍質(zhì)點的振動。這種振動能量在介質(zhì)內(nèi)部的傳播過程稱為波動。振動VS波動振動是物質(zhì)的一種運動形式，波動是振動的傳播過程。2.彈性波的分類分類標準：介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波動的傳播方向的關(guān)系P波（縱波/壓縮波/疏密波）質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向平行波速最快

S波（橫波/剪切波）質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直波峰—波形凸起部分波谷—波形凹下部分P波、S波也稱為體波，可傳播到物體內(nèi)部和深處。根據(jù)激振方式分類穩(wěn)態(tài)瑞利波→激振器瞬態(tài)瑞利波→錘擊2.彈性波的分類瑞利波（表面波）沿半無限彈性介質(zhì)自由表面?zhèn)鞑ビ梅枴癛”表示穩(wěn)態(tài)彈性波主要成分特點板波（Lame波）在板狀介質(zhì)中傳播對稱型（S型）非對稱型（A型）其他波彎曲波爬波楔波分類P波S波R波L波速度最快約為P波波速的60%約為P波波速的55%隨頻率而變化對材料力學特性的依存性主要依存于E主要依存于G主要依存于G依存于E、G2.彈性波的分類3.振動波動的基本要素簡諧振動方程設(shè)解上式得定義：凡是決定其位置的坐標按余弦或正弦函數(shù)規(guī)律隨時間變化的振動都是簡諧振動。波動的基本要素波的傳播速度：V，即波動在媒介中傳播的速度波長：

，一個周期內(nèi)波動傳播的距離波數(shù)：k相位：θ，與振動相似，描述波的起始位置。3.振動波動的基本要素4.沖擊彈性波的產(chǎn)生激振信號頻率激振錘越小、產(chǎn)生的頻率越高打擊對象越硬、激振錘與被測體間的接觸時間越短，信號頻率也越高5.激振信號強弱對測試的影響激振信號的強弱對于檢測結(jié)果的影響可以分為三類：有直接影響：如果需要明確知道激振信號幅值的測試，如利用沖擊特性的檢測技術(shù)（落球檢測技術(shù)等）；沖擊彈性波的激振力度無法精確地控制。有間接影響：如利用反射振幅、能量衰減特性的檢測技術(shù)。這類技術(shù)需要使用信號的相對幅值，以每次激發(fā)信號的幅值為基準；理論上影響很小：如采用彈性波頻率、傳播時間、相位的檢測技術(shù)。這類技術(shù)不使用信號的幅值或相對幅值。6.沖擊彈性波的傳播（波速）P波E為彈性模量，u為泊松比，ρ為密度。S波G為材料的切變模量R波L波Lame波的速度，不僅取決于材料特性，還與波長L及厚度H相關(guān)，其理論解非常復(fù)雜。7.沖擊彈性波的反射特性彈性波的反射在兩種媒介垂直入射的情況中間有不同夾層的情況沖擊彈性波檢測的應(yīng)用沖擊彈性波檢測的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域利用沖擊彈性波的激發(fā)、傳播、反射以及振動特性，可檢測結(jié)構(gòu)的各種力學特性和健全性。彈性波的激發(fā)（打擊沖擊特性）施工管理，地基材料的力學特性混凝土表層剛性、粘著強度彈性波的激發(fā)（AE）結(jié)構(gòu)物健全性監(jiān)測沖擊彈性波檢測的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域01結(jié)構(gòu)物的裂縫程度彈性波的傳播特性（速度/衰減）02混凝土強度、剛度（模量）03結(jié)構(gòu)物內(nèi)部缺陷04地基材料力學特性05灌漿密實度沖擊彈性波檢測的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域彈性波反射（時刻.速度）壁厚、內(nèi)部空洞、材質(zhì)樁