鐵路工程無(wú)損檢測(cè)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(hào)測(cè)試及分析基礎(chǔ)代表無(wú)損檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介沖擊彈性波檢測(cè)的應(yīng)用一、沖擊彈性波的基本概念CONTENTS振動(dòng)和波的概念振動(dòng)波動(dòng)的基本要素激振信號(hào)強(qiáng)弱對(duì)測(cè)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(dòng)概念波動(dòng)概念振動(dòng)VS波動(dòng)1.振動(dòng)和波的概念1.振動(dòng)和波的概念振動(dòng)概念物體在一定位置附近來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，稱為振動(dòng)。簡(jiǎn)諧振動(dòng)是最基本的振動(dòng)。波動(dòng)概念對(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)VS波動(dòng)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。2.彈性波的分類分類標(biāo)準(zhǔn)：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波動(dòng)的傳播方向的關(guān)系P波（縱波/壓縮波/疏密波）質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(diǎn)的振動(dòng)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(wú)限彈性介質(zhì)自由表面?zhèn)鞑ビ梅?hào)“R”表示穩(wěn)態(tài)彈性波主要成分特點(diǎn)板波（Lame波）在板狀介質(zhì)中傳播對(duì)稱型（S型）非對(duì)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(duì)材料力學(xué)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(dòng)波動(dòng)的基本要素簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程設(shè)解上式得定義：凡是決定其位置的坐標(biāo)按余弦或正弦函數(shù)規(guī)律隨時(shí)間變化的振動(dòng)都是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。波動(dòng)的基本要素波的傳播速度：V，即波動(dòng)在媒介中傳播的速度波長(zhǎng)：

，一個(gè)周期內(nèi)波動(dòng)傳播的距離波數(shù)：k相位：θ，與振動(dòng)相似，描述波的起始位置。3.振動(dòng)波動(dòng)的基本要素4.沖擊彈性波的產(chǎn)生激振信號(hào)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，信號(hào)頻率也越高5.激振信號(hào)強(qiáng)弱對(duì)測(cè)試的影響激振信號(hào)的強(qiáng)弱對(duì)于檢測(cè)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(hào)幅值的測(cè)試，如利用沖擊特性的檢測(cè)技術(shù)（落球檢測(cè)技術(shù)等）；沖擊彈性波的激振力度無(wú)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(cè)技術(shù)。這類技術(shù)需要使用信號(hào)的相對(duì)幅值，以每次激發(fā)信號(hào)的幅值為基準(zhǔn)；理論上影響很?。喝绮捎脧椥圆l率、傳播時(shí)間、相位的檢測(cè)技術(shù)。這類技術(shù)不使用信號(hào)的幅值或相對(duì)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(zhǎng)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(cè)的應(yīng)用沖擊彈性波檢測(cè)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(dòng)特性，可檢測(cè)結(jié)構(gòu)的各種力學(xué)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(xué)特性混凝土表層剛性、粘著強(qiáng)度彈性波的激發(fā)（AE）結(jié)構(gòu)物健全性監(jiān)測(cè)沖擊彈性波檢測(cè)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(qiáng)度、剛度（模量）03結(jié)構(gòu)物內(nèi)部缺陷04地基材料力學(xué)特性05灌漿密實(shí)度沖擊彈性波檢測(cè)的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域彈性波反射（時(shí)刻.速度）壁厚、內(nèi)部空洞、材質(zhì)樁