结构中的导波由于具有传播距离远、可检测结构中任意部位缺陷、可实现结构的实时健康监测等优点而发展成为一种强有力的无损检测技术。结构中的损伤具有多尺度性质，按照可检测工程结构内部损伤的尺度区分，导波检测技术可分为线性导波技术和非线性导波技术。线性导波技术用来检测结构中的宏观损伤(开口裂纹、孔洞、层裂等)，非线性导波技术则对结构的材料性能退化及微损伤十分敏感，可有效评估结构中的早期微观损伤。

本文以实验技术为主要手段，结合数值模拟及理论分析，采用线性及非线性导波技术深入研究典型工程构件(梁、圆环及板)中的损伤检测问题。基于线性导波检测技...>> 详细

。基于线性导波检测技术.全面分析了复合材料悬臂梁及圆环构件中宏观裂纹的定量检测。应用非线性导波检测技术，对铝板的固有非线性进行表征，并实验验证Lamb波二次谐波的对称性。同时，本文深入探讨连续小波变换(CWT)在多模态弥散导波信号处理中的应用，重点考察两种常用连续小波(Gabor小波和Morlet小波)的时频分析特性及其在损伤检测中的不同性能。本文主要工作包含以下内容:

(1)理论分析Gabor小波和Morlet小波的时频分析特性。结果表明Gabor小波具有较高的时间分辨率，Morlet小波具有较高的频率分辨率。这为导波信号分析中如何选取连续小波母函数提供了理论指导。当时间分辨率是损伤检测需求中的关键因素时，应该选取Gabor小波对导波信号进行分析:当频率分辨率为影响损伤检测结果的主要因素时，则应选择Morlet小波进行分析。

(2)采用有限元分析及动态电测实验技术研究玻璃纤维增强复合材料悬臂梁中裂纹的定量检测。将Gabor小波和Morlet小波应用到梁中弯盐波的分析中，首先通过多频率小波变换确定对裂纹敏感的频率组分，通过该组分提取损伤特征(裂纹反射波)，然后根据ToF(time-of-flight)技术成功检测出裂纹的位置及相对大小。同时实验验证了具有较高时间分辨率的Gabor小波可以更加准确地确定ToF及裂纹位置。

(3)采用有限元分析、动态电测实验技术及压电传感器技术首次实现了圆环径向裂纹的定量检测，同时对导波模态选择及频率选取问题进行深入分析。通过Gabor小波提取合适频率的周向导波组分，识别损伤特征，成功确定了裂纹的位置及相对大小。通过研究不同频率导波组分在径向裂纹检测中的不同特点发现，低频波组分容易发生波峰重叠，对损伤不敏感;高频波组分对损伤敏感度高，但具有较多模态导致波场变得复杂，因此实际应用中应该选取弥散度低的中高频组分进行损伤检测。通过对比周向导波低阶模态在裂纹检测中的性能发现，第一模态(即类表面波模态)在薄壁圆环的径向裂纹检测中性能最优。

(4)首次实验验证了Lamb波二次谐波的对称性。通过可变角度超声斜探头激励铝板中的对称及非对称Lamb波模态，采用Morlet小波提取基频波及二次谐波的幅值，计算相对声学非线性因子。对比所取Lamb波模态在铝板固有材料非线性表征中的不同性能，验证只有对称的Lamb波二次谐波具有累积传播性质，为非线性Lamb波应用中的模态选取问题提供指导。

本文基于导波检测技术实现了典型工程构件的定量损伤检测，并对其中的关键问题(导波模态选取、频率选取、导波信号分析等)进行深入探讨。本文工作为工程实际中导波检测技术的应用提供了理论指导，对于有效评估结构中不同尺度的损伤进而保障结构安全具有重要意义。

关键词:弯曲波，周向导波，非线性Lamb波，连续小波变换，裂纹检测

【学员问题】无损检测的方法？

【解答】1、回弹法

回弹法是以在混凝土结构或构件上测得的回弹值和碳化深度来评定混凝土结构或构件强度的一种方法，它不会对结构或构件的力学性质和承载能力产生不利影响，在工程上已得到广泛应用。

2、超声波法

超声波法检测混凝土常用的频率为20～250kHz，它既可用于检测混凝土强度，也可用于检测混凝土缺陷。

3、超声回弹综合法

回弹法只能测得混凝土表层的强度，内部情况却无法得知，当混凝土的强度较低时，其塑性变形较大，此时回弹值与混凝土表层强度之间的变化关系不太明显；超声波在混凝土中的传播速度可以反映混凝土内部的强度变化，但对强度较高的混凝土，波速随强度的变化不太明显。如将以上两种方法结合，互相取长补短，通过实验建立超声波波速—回弹值—混凝土强度之间的相关关系，用双参数来评定混凝土的强度，即为超声回弹综合法。、实践表明该法是一种较为成熟、可靠的混凝土强度检测方法。

4、雷达法

钢筋混凝土雷达多采用1GHz、及以上的电磁波，可探测结构及构件混凝土中钢筋的位置、保护层的厚度以及孔洞、酥松层、裂缝等缺陷。它首先向混凝土发射电磁波，当遇到电磁性质不同的缺陷或钢筋时，将产生反射电磁波，接收此反射电磁波可得到一波形图，据此波形图可得知混凝土内部缺陷的状况及钢筋的位置等。雷达法主要是根据混凝土内部介质之间电磁性质的差异来工作的，差异越大，反射波信号越强。、雷达法检测混凝土其探测深度较浅，一般为20、cm、以内，探地雷达使用较低频率电磁波，探测深度可稍大些。此外，该法受钢筋低阻屏蔽作用影响较大，且仪器本身价格昂贵，故实际工程上应用的并不多。

5、冲击回波法

冲击回波法是用一钢珠冲击结构混凝土的表面，从而在混凝土内产生一应力波，当该应力波在混凝土内遇到波阻抗差异界面即混凝土内部缺陷或混凝土底面时，将产生反射波，接收这种反射波并进行快速傅里叶变换（FFT）可得到其频谱图，频谱图上突出的峰值就是应力波在混凝土内部缺陷或混凝土底面的反射形成的，根据其峰值频率可计算出混凝土缺陷的位置或混凝土的厚度。由于该法采用单面测试，特别适合于只有一个测试面如路面、护坡、底板、跑道等混凝土的检测。

6、红外成像法

自然界中任何高于绝对零度（-273℃）的物体都是红外线的辐射源，它们都向外界不断地辐射出红外线。红外线是介于可见光与微波之间的电磁波，、其波长为0.76~1000、μm，、频率为4×1014~3×1011、Hz.、混凝土红外线无损检测是通过测量混凝土的热量及热流来判断其质量的一种方法。当混凝土内部存在某种缺陷时，将改变混凝土的热传导，使混凝土表面的温度场分布产生异常，用红外成像仪测出表示这种异常的热像图，由热像图中异常的特征可判断出混凝土缺陷的类型及位置特征等。这种方法属非接触无损检测方法，可对检测物进行上下、左右的连续扫测，且白天、黑夜均可进行，可检测的温度为-50~2000℃，分辨率可达0.1~0.02℃，是一种检测精度较高、使用较方便的无损检测方法，并具有快速、直观、适合大面积扫测的特点，可用于检测混凝土遭受冻害或火灾等损伤的程度以及建筑物墙体的剥离、渗漏等。

7、拔出法

拔出法用于检测混凝土的强度，它是将安装在混凝土体内的锚固件拔出，测定其极限抗拔力，然后根据预先建立的混凝土极限拔出力与其抗压强度之间的相关关系来测定混凝土强度的一种半破损（局部破损）检测方法。大量实验表明：极限拔出力与混凝土抗压强度之间确实存在着某种近似线性的对应关系，这就为该方法的应用提供了坚实的基础。、拔出法可分为预埋拔出法及后装拔出法两种，预埋拔出法是指预先将锚固件埋入混凝土内的拔出法，后装拔出法是指在已硬化的混凝土上钻孔，然后在其上安装锚固件的拔出法。前者主要适用于成批、连续生产的混凝土结构

构件的强度检测，后者可用于新、旧混凝土各种构件的强度检测。、拔出法一般不宜直接用于遭受冻害、化学腐蚀、火灾等损伤混凝土的检测。

8、钻芯法

钻芯法是利用专用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头，在结构混凝土上钻取芯样以检测混凝土强度和缺陷的一种检测方法。它可用于检测混凝土的强度，结构混凝土受冻、火灾损伤的深度，混凝土接缝及分层处的质量状况，混凝土裂缝的深度、离析、孔洞等缺陷。、该方法直观、准确、可靠，是其他无损检测方法不可取代的一种有效方法。钻芯法检测混凝土费用较高，费时较长，且对混凝土造成局部损伤，因而大量的钻芯取样往往受到限制，可利用其他无损检测方法如超声法与钻芯法结合使用，以减少钻芯数量，另一方面钻芯法的检测结果又可验证其他无损检测方法如超声法的检测结果，以提高其检测的可靠性。

9、超声波CT、法

超声波具有穿透能力强，检测设备简单，操作方便等优点，特别适合于对混凝土的检测，尤其适合对大体积混凝土如大坝、桥墩、承台及混凝土灌注桩的检测。常规的超声波对测法及斜测法可检测混凝土内部的缺陷，但这需要操作人员具有一定的工作经验，且检测精度也不够高，仅能得到某些测线上而非全断面的混凝土质量信息。、将计算机层析成像（、Computerized、Tomography，简称CT）技术用于混凝土超声波检测，即为混凝土超声波层析成像检测方法。、该方法首先将待检测混凝土断面剖分为诸多矩形单元，如图1、所示，然后从不同方向对每一单元进行多次超声波射线扫描，即由来自不同方向的多条射线穿过一个单元，用所测超声波走时数据进行计算成像，其成像结果可精确、直观表示出整个测试断面上混凝土的缺陷及质量信息，使检测精度大为提高。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。