无损检测理论基础

第二章无损检测的理论基础1学习指南2

本章主要介绍无损检测的理论基础，在学习过程中需要了解目前无损检测的主要检测手段，并掌握以振动、波动为核心的基本理论。3无损检测的主要方法简介无损检测技术即非破坏性检测，就是在不破坏待测物质原来的状态、化学性质等前提下，利用声、光、磁电，以及振动等特性，来获取与待测物的品质有关的内容、性质或成分等信息所采用的检查方法。依据所依托的技术手段，工程无损检测技术大体可分为波动振动类、电磁波类以及其它类等几大类。4无损检测的主要方法简介其中，应用领域广泛且较为典型的工程无损检测方法主要有：冲击弹性波法、超声法雷达法检测技术红外热像法X射线5无损检测基本理论：振动无损检测需要依存相应的媒介，如光、电磁波、弹性波等，这些媒介大多具有波动性和振动性。同时，直接诱发测试对象的振动，通过分析其时域和频域动力响应，也是一种诊断和分析结构系统特性的方法。

因此，了解和掌握振动、波动的基本理论是非常必要的。6无损检测基本理论：振动

物体在一定位置附近来回往复运动，称为振动。对于连续介质，当某一质点振动时，该质点的振动能量就会传递到周围质点上，从而引起周围质点的振动。这种振动能量在介质内部的传播过程称为波动。

振动和波动是既有区别又有联系的两种物理现象。振动是物质的一种运动形式，波动是振动的传播过程。7简谐振动

简谐振动的特征

简谐振动是一种周期振动，它可以视作一个物体或质点相对于基准位置作往复运动的，在一定的时间间隔（周期）后，运动自身精确地重复。周期振动可以用振动位移为时间的函数关系来表示：8简谐振动

简谐振动的特征

上式中T代表振动周期，即两个相邻的、完全相同的运动状态所经过的时间。周期的倒数称为频率f。其单位为Hz（赫兹），即1/s。9简谐振动

简谐振动的特征

振动的大小可用位移、速度和加速度等的不同量值来表征。只要是简谐振动，各参量之间就有固定的数学关系。如果位移x用表示，时间用t表示，则简谐振动可表示为：圆频率初相位振幅位移位移、速度、加速度由(

t+

)确定10振动量的描述每一个振动量对时间坐标作出的波形，可以得到峰值、峰峰值、有效值和平均绝对值等量值，它们之间存在一定的关系。振动量的描述常用峰值表示，但在研究比较复杂的波形时，只用峰值描述振动过程是不够的。因为峰值只能描述振动大小的瞬时值，不包含产生振动的时间过程。在考虑时间过程时的进一步描述，是平均绝对值和有效（均方根）值。11

无损检测基本理论：波动

波动与振动是密不可分的。振动表示局部粒子的运动，其粒子在平衡位置做往复运动。而波动则是全体粒子的运动的合成。12

波的基本要素

波的传播速度V

；波长λ；波数К；相位θ。13冲击弹性波的定义弹性波即为在固体媒质中传播的变形扰动冲击：用激振锤等在固体表面产生冲击扰动PIT（基桩完整性测试）为代表14

弹性波的分类

根据弹性波波动的传播方向与粒子的振动方向的关系，可以将其分类如下：P波S波瑞利波板波除上述几种波型外，还有弯曲波、爬波、乐夫波、楔波等几种类型。

15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16

弹性波的衰减

几何衰减透过衰减粘滞性衰减17

弹性波的其他特性

折射波的叠加与干涉波的衍射和惠更斯原理18

超声波

当机械波的频率在人耳可闻的范围内（20—20000Hz）时，称为可闻声波，低于此范围的称为次声波，而超过20000Hz的称为超声波。超声波用于非破损检测，就是以超声波为媒介，获得物体内部信息的一种方法。19

超声波

超声波的激发和接收在超声检测中，应用最多的是利用某些晶体或多晶陶瓷的声电、电声转换效应—压电效应来获得超声波。超声波的频率利用晶体或多晶陶瓷的压电效应获得的超声波通常具有较高的频率，一般均在数百KHz，对应的波长则较短。项目超声波冲击弹性波产生压电晶体振动锤击等机械方式接收压电晶体振动加速度传感器等能量小大频谱频率高、不平坦频率低、平坦20超声波与冲击弹性波的不同本质而言，两者并无区别21

电磁波

微波的传播反射和折射微波的衰减微波在工程检测中的应用基础微波检测是依据电磁特性，因其穿透能力强，同时在微波频段，各种材料的电磁特性变化比其他物理性质对受检试件的缺陷尤其分层脱粘异物等更为敏感。22

X射线

X射线是一种波长很短的电磁波，波长为10-11~10-8m。由于X射线的波长很短，因此其粒子性很强，但也显现一定的波动特性。

由于X射线的波长小于大多数材料原子间的距离，因此能穿透一般可见光所不能透过的物质。其穿透能力的强弱，与X射线的波长以及被穿透物质的密度和厚度有关。X射线波长愈短、密度愈低、厚度愈薄，则X射线愈易穿透。利用X光的强穿透性和成像，在工程检测中常用于结构的缺陷检测。23

红外线

红外线是介乎可见红光和微波之间的电磁波，它的波长范围为0.76—100μm，频率为Hz，图2-3