无损检测技术 课件 0 工程无损检测基本原理

无损检测基本原理目录CONTENTS01无损检测的基本概念冲击弹性波的理论基础0201无损检测的基本概念无损检测

以不破坏被检测对象为前提。通过利用各类物理场（弹性波、电磁波、放射性射线等）来对被测结构内部的缺陷、性质、状态进行检测的技术。无损检测技术的发展历程第一阶段：无损探伤阶段（NDInspection），探

测试件是否存在缺陷；第二阶段：无损检测阶段（NDTest），探测试件是否存在缺陷及其结构、性质、位置等；第三阶段：无损评价阶段（NDEvaluate），不仅要掌握缺陷的有无、属性、位置、大小等信息，还要评估分析其对被检构件的影响程度。无损检测应用领域土木工程无损检测、金属探伤、医学影像、地质勘探、考古、机械探伤无损检测技术分类冲击弹性波与超声波的区别冲击弹性波的应用02冲击弹性波的理论基础2.1冲击弹性波理论2.1.1振动和波的概念振动：表示局部粒子的运动，其粒子在平衡位置做往复运动。振动概念波頭粒子波动：是全体粒子的运动的合成。弹性波的概念2.1冲击弹性波理论2.1.2波的分类分类标准：介质质点的振动方向与波动的传播方向的关系■P波（纵波/压缩波/疏密波）质点的振动方向与波的传播方向平行波速最快2.1冲击弹性波理论2.1.2波的分类■S波（横波/剪切波）质点的振动方向与波的传播方向垂直

波峰—波形凸起部分波谷—波形凹下部分2.1冲击弹性波理论2.1.2波的分类表面波■瑞利波（表面波）沿半无限弹性介质自由表面传播：绕平衡位置作椭圆轨迹的振动，并作用于相邻的质点而在介质表面传播，称为表面波。

表面波一般指瑞利波（雷利波），用符号“R”表示■瑞利波（表面波）2.1冲击弹性波理论2.1.2波的分类瑞利波根据其激振方式，可以分为稳态瑞利波和瞬态瑞利波。稳态瑞利波瞬态瑞利波2.1■Lame波（板波）在板厚度较薄的板状体，由上下两面反射的波合成。2.1.2波的分类当下层材料坚硬，上层结构松软时，由SH波合成产生。■Love（洛夫）波a对称型b非对称型2.1冲击弹性波理论2.1冲击弹性波理论2.12.1.2波的要素2.1冲击弹性波理论波的传播速度V:波动单位在媒介中传播的速度，也就是单位时间内波形传播的距离。V=L/（t-t0)波长λ：波长在波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻介质点间的距离，即在一个周期内波动传播的距离：λ=VT周期T:波前进一个波长的距离所需要的时间。相位ɵ:描述波变化的度量，通常以度（角度作为单位，特定的时刻在它循环中的位置，是否在波峰波谷或他们之间的某点的标度。2.12.1弹性波的基本概念冲击弹性波：

根据激发的弹性波在弹性介质（土木工程检测中通常为砼）中的传播规律来研究被测物理结构与性质的一种无损检测方法。弹性介质：

外力作用下，固体的体积和形状会发生相应的变化（形变），外力去掉后，固体又恢复成原来的状态，这种特性称之为弹性，具有该特性的固体称之为弹性介质。2.1冲击弹性波产生

利用机械式或者压电式在测试对象内部或表面产生一个微小扰动，再利用接收装置接收该微小扰动，从而检测对象内部状态的方法。冲击弹性波的产生发振频率激振锤越小、产生的频率越高打击对象越硬、激振锤与被测体间的接触时间越短，产生的频率也越高冲击过程冲击过程的频率特性小的硬质锤可产生高频的弹性波。大的硬质锤可产生低频的弹性波，即与锤和打击对象的接触时间有明显的关系。

对于落下高度的影响程度为，在通常的打击高度0.2～1m的范围内，其对接触时间的影响仅有15%。

冲击信号的频率特性图冲击弹性波的特性弹性波的衰减特性弹性波的反射特性弹性波的绕射特性冲击弹性波的特性弹性波在介质中传播时，介质波阻抗发生改变，会在该界面上发生反射和透射。变化的波阻抗面发生的反射和通过冲击弹性波的特性弹性波的传播及衰减■几何衰减

体波（P波、S波）圆球状扩散传播，能量密度与传播距离的平方成反比。

R波（瑞利波）沿圆柱状扩散传播，表面积与传播距离成正比，衰减比体波慢。■透过衰减

在遇到不同材料时，有反射或重复反射产生，使得传播能量减少。■

黏滞性衰减

弹性波的频率越高，其黏性衰减越大，与频率呈指数关系。冲击弹性波的特性

弹性波在传播过程中遇到障碍物边缘或孔洞时所发生的弯折现象称为波的绕射。障碍物或孔洞越小，波长越长，则绕射现象越显著。研究弹性波的传播时需要考虑波的绕射。冲击弹性波的设备组成

主要由传感器、信号调理模块、A/D转换模块构成。冲击弹性波的设备组成■传感器的分类按物理量分类：加速度、位移、温（湿）度、压力、流量、液位、转矩、力等传感器按工作原理分类：振动、湿（磁、气）敏、电（光）学式、电荷、半导体、谐振式等传感器冲击弹性波的设备组成■A/D转换的概念

把模拟信号转换成数字信号把连续信号转换成离散信号（采样）A/D转换过程无损检测的核心问题？从数据中提取能够反应结构参数及状态的信息冲击弹性波信号的分析方法频谱分析：波的频谱分析，即将合成波分解为具有单独频率和初始相位的单纯波。（FFT\MEM）冲击弹性波的分析方法■FFT（高速傅里叶变换）将波分解为正弦波或余弦波，分解出的各种波的频率、振幅和相位即为波的频谱。■MEM（最大熵法）在不增加熵的条件下推定信号的自相关系数，继而推算频谱。熵，表示无序的程度。频谱分辨率非常高。适用于非正弦/余弦类信号，后者更适用于正弦信号。分辨率与序列长度N2成反比，序列长度越长，分辨率越高。后者分辨率与