1、工程結(jié)構(gòu)廣泛的應用于生產(chǎn)和生活中的各個領(lǐng)域,近些年來工程結(jié)構(gòu)方面的事故層出不窮,其安全性和可靠性越來越備受關(guān)注。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)的實時、在線、主動監(jiān)測,成為一個研究熱點。目前基于超聲導波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的應用主要局限于板狀,管狀等簡單結(jié)構(gòu),對于其在工程實際中復雜大型結(jié)構(gòu)中的應用研究較少。因此探討利用基于導波方法對復雜結(jié)構(gòu)進行損傷檢測具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文以導波的基本理論為基礎,利用有限元仿真和實驗相結(jié)合的方

2、法對導波在復雜結(jié)構(gòu)(厚梁、壓力容器和高鐵輪軸)中的傳播機理進行了研究,分析了損傷對導報傳播的影響。在此基礎上對真實的損傷(疲勞裂紋),真實的工況狀態(tài)(固液耦合狀態(tài))進行了研究,并且引入了基于損傷識別方法。
　　論文首先闡述了導波的基本理論,其中包括無限介質(zhì)中的彈性波、彈性半空間的平面諧波、無限大薄板中導波和空心圓柱結(jié)構(gòu)中的導波等。推導了自由板以及空心圓柱結(jié)構(gòu)中的頻散方程,并開發(fā)了導波頻散特性分析軟件。引入有限元仿真方法對導波傳播,

3、驅(qū)動器、傳感器和損傷進行數(shù)值建模。搭建實驗平臺并介紹了實驗信號處理方法。
　　提出了基于導波的結(jié)構(gòu)健康性監(jiān)測技術(shù)中激勵頻率選擇的標準化流程。綜合考慮了影響導波激勵中心頻率選擇的各種因素,如:選取適當?shù)膶РＪ?、降低頻散效應的影響、增加導波信號的幅值、提高信號時域分辨率和抑制局部對稱效應,考慮固液耦合狀態(tài)等。基于以上分析優(yōu)化了激勵信號的參數(shù)
　　通過在厚梁結(jié)構(gòu)中引入切槽損傷和疲勞裂紋損傷,研究發(fā)現(xiàn):結(jié)構(gòu)中的非對稱型損傷會引起導

4、波的模式轉(zhuǎn)換(S0模式和A0模式互相轉(zhuǎn)換),對稱型損傷不引起導波的模式轉(zhuǎn)換。當損傷角度不變時,損傷反射波信號的幅值隨損傷等增大而增大,到達時間也隨之滯后。除此之外,利用導波方法對真實的疲勞裂紋進行損傷識別,并與切槽損傷結(jié)果進行對比。
　　對壓力容器中導波的傳播機理進行了研究,利用形狀相似原則分析了導波在壓力容器中傳播時的頻散性。通過對比理論群速度,有限元仿真群速度和實驗群速度驗證了該原則的正確性。分析了導波在壓力容器結(jié)構(gòu)中傳播時沿

5、周向傳播的周向?qū)Рê脱剌S向傳播的三種導波模式:扭轉(zhuǎn)模式,縱向模式與彎曲模式。綜合考慮模式的可激發(fā)性、可重復性、頻散特性、傳播速度、對損傷的敏感性以及對固液耦合情況下導波能量的泄漏的抑制等因素,最終選擇L(0,2)模式監(jiān)測結(jié)構(gòu)損傷。建立了壓力容器結(jié)構(gòu)的有限元模型,數(shù)值模擬了彈性導波在結(jié)構(gòu)中的傳播情況以及導波與各結(jié)構(gòu)孔洞的作用情況。利用實驗信號與有限元仿真信號的對比,實驗結(jié)果與數(shù)值仿真記過具有很好的一致性,驗證了有限元模型的正確性。

6、　　根據(jù)導波在壓力容器中的傳播路徑,利用Tof法,結(jié)合有限元仿真曲線分析了實驗信號的波包成分以及各波包的形成原因。實驗結(jié)果與理論分析具有較好的一致性,證明了理論分析的正確性以及基于導波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)在壓力容器的無損檢測中應用的可行性。
　　對于變截面厚壁結(jié)構(gòu)(高鐵輪軸),常規(guī)的“單發(fā)多收”的監(jiān)測方法不再適用。由于高鐵輪軸是軸對稱的結(jié)構(gòu),當結(jié)構(gòu)中存在損傷時,這種對稱的環(huán)境將被破壞,對稱模式的導波將向非對稱模式轉(zhuǎn)換。在結(jié)構(gòu)中引入對