現(xiàn)代力學(xué)測(cè)試技術(shù)

現(xiàn)代力學(xué)測(cè)試技術(shù)第1頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六一、概述

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和生產(chǎn)水平的提高，各種測(cè)試技術(shù)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域科研工作中，測(cè)試技術(shù)水平的高低越來(lái)越成為衡量一個(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。

第2頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六當(dāng)代測(cè)試技術(shù)的作用主要體現(xiàn)在四個(gè)方面；1.各種參數(shù)的測(cè)定；2.自動(dòng)化過(guò)程中參數(shù)的反饋、調(diào)節(jié)和自控；3.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控；4.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的參數(shù)測(cè)量和分析。第3頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六測(cè)量

測(cè)量是為確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中常借助專門的設(shè)備，把被測(cè)對(duì)象直接或間接地與同類已知單位進(jìn)行比較，用數(shù)值和單位共同表示檢測(cè)對(duì)象的量值。測(cè)量是揭示客觀世界規(guī)律的手段。廣義地說(shuō)，任何(實(shí)驗(yàn)科學(xué))的結(jié)論，都是對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)推斷的結(jié)果，而數(shù)據(jù)的取得，只有靠測(cè)量來(lái)完成。第4頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六計(jì)量

計(jì)量的主要任務(wù)是建立統(tǒng)一的基準(zhǔn)單位，使測(cè)量有客觀標(biāo)準(zhǔn)。

測(cè)試

測(cè)試的基本任務(wù)是獲取有用的信息，通常包含了測(cè)量、計(jì)量、計(jì)算、檢驗(yàn)，判斷等多層含義，具有比單純的測(cè)量更為豐富的內(nèi)容。

第5頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六測(cè)試的范疇有：

1、將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以獲得被測(cè)對(duì)象的數(shù)值結(jié)果。2、將被測(cè)量與設(shè)定值進(jìn)行比較，以獲得被測(cè)對(duì)象在性能、參數(shù)、質(zhì)量、功能等方面的評(píng)價(jià)。這種評(píng)價(jià)常采用通過(guò)／不通過(guò)、合格／不合格、正常／越限、好／壞等定性指標(biāo)來(lái)表示或采用分成若干等級(jí)的分類值來(lái)表示。3、對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，根據(jù)測(cè)試要求不同，處理結(jié)果可形成各種信息，也可去執(zhí)行各種操作。

第6頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六測(cè)試技術(shù)的地位和重要性：

科學(xué)的發(fā)展突破是以測(cè)試技術(shù)的水平為基礎(chǔ)的，同時(shí)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展。測(cè)試技術(shù)已滲透到人類的科學(xué)研究、工程實(shí)踐和日常生活的各個(gè)方面。在生產(chǎn)活動(dòng)中廣泛應(yīng)用測(cè)試技術(shù)，如生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量的控制、節(jié)能和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化等。這些都要測(cè)量生產(chǎn)過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)和(或)進(jìn)行反饋控制，以保證生產(chǎn)過(guò)程中的這些參數(shù)處于最佳最優(yōu)狀態(tài)。

第7頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六發(fā)展方向：人類的信息化時(shí)代必將為智能測(cè)試提供更為廣闊的應(yīng)用前景。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)將向著高可靠性、高智能化方向發(fā)展。1．采用新型信息處理方法2．集成儀器（虛擬儀器）3．采用高智能化軟件4．網(wǎng)絡(luò)化5．通用化與標(biāo)準(zhǔn)化第8頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六就工程結(jié)構(gòu)而言，運(yùn)用現(xiàn)代各種測(cè)試技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)、監(jiān)測(cè)與故障診斷是目前該領(lǐng)域中最受關(guān)注的一個(gè)研究方向。

第9頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、工程結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)與故障診斷

1．結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)與故障診斷的內(nèi)涵

即對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)、分析和評(píng)估，以確定結(jié)構(gòu)是否有故障存在，進(jìn)而判別故障的程度和方位，以及結(jié)構(gòu)目前的狀況、使用功能和結(jié)構(gòu)故障的變化趨勢(shì)等，從而對(duì)結(jié)構(gòu)作出安全性評(píng)價(jià)、使用壽命評(píng)估等。

第10頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2．無(wú)損檢測(cè)——

是指以不損及材料、結(jié)構(gòu)和其將來(lái)使用及使用可靠性的方式，對(duì)材料或結(jié)構(gòu)或此兩者進(jìn)行物理力學(xué)性能變化，幾何特性，組織結(jié)構(gòu)，化學(xué)成份，宏觀缺陷等檢測(cè)。檢測(cè)是故障診斷的前提。

第11頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六一般無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是利用結(jié)構(gòu)內(nèi)部異?；蛉毕莸拇嬖谒鸬膶?duì)聲、光、電、磁、熱等反應(yīng)的變化，而對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行“無(wú)損”檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)一般有三種含義，即無(wú)損檢測(cè)NDT(NondestructiveTesting)無(wú)損檢查NDI(NondestructiveInspection)無(wú)損評(píng)價(jià)NDE(NondestructiveEvaluation)。

第12頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六目前所說(shuō)的無(wú)損檢測(cè)大多是指NDT，但是，近年已逐步從NDT和NDI向NDE過(guò)渡，也即用無(wú)損評(píng)價(jià)來(lái)代替無(wú)損檢測(cè)和無(wú)損檢查；另一方面NDE還具有更廣泛的內(nèi)容，它要求無(wú)損檢測(cè)工作者有更扎實(shí)的基礎(chǔ)和更強(qiáng)的綜合分析能力。一般地說(shuō)，NDT僅僅是檢測(cè)出缺陷；NDI則以NDT檢測(cè)結(jié)果為判定基礎(chǔ)，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的使用可能性進(jìn)行判定，含有檢查的意思，而NDE則是指掌握對(duì)象的負(fù)載條件、環(huán)境條件（如斷裂力學(xué)中預(yù)測(cè)材料的安全性及壽命等）下，對(duì)構(gòu)件的完整性、可靠性及使用性能等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

第13頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3．無(wú)損檢測(cè)在土木工程全面質(zhì)量控制中的作用

無(wú)損檢測(cè)材料科學(xué)與工程發(fā)展設(shè)計(jì)研制施工生產(chǎn)運(yùn)行使用材料表征在役檢測(cè)工藝檢測(cè)無(wú)損檢測(cè)是一全領(lǐng)域的技術(shù)。第14頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六設(shè)計(jì)階段：靠設(shè)計(jì)確定產(chǎn)品的性能、可靠性，靠設(shè)計(jì)選擇產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式，靠設(shè)計(jì)指定檢查、實(shí)驗(yàn)的方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，是設(shè)計(jì)決定著產(chǎn)品的固有質(zhì)量。研制、施工生產(chǎn)階段：設(shè)計(jì)要求材料的研制生產(chǎn)材料、結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能檢測(cè)無(wú)損評(píng)價(jià)方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的建立。這已被視為完整而不可分割的系統(tǒng)工程。

使用運(yùn)行階段：在役檢測(cè)，安全運(yùn)行、可靠性評(píng)價(jià)。通過(guò)檢測(cè)，了解現(xiàn)狀、分析問(wèn)題的原委，對(duì)提高設(shè)計(jì)理論水平、改進(jìn)施工工藝和質(zhì)量，提高使用性能、延長(zhǎng)使用壽命都是至關(guān)重要的。

第15頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4．故障診斷流程

工程結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理研究結(jié)構(gòu)損傷故障數(shù)據(jù)采集測(cè)試數(shù)據(jù)處理提取特征向量結(jié)構(gòu)損傷初步診斷正常否？精密診斷結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估結(jié)構(gòu)損傷位置確定結(jié)構(gòu)損傷類型識(shí)別程度判別？處理處理異常是否第16頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§1-2測(cè)試方法及其特點(diǎn)

1．振動(dòng)法檢測(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)抗震、振動(dòng)強(qiáng)度和可靠性、隔振、減震、舒適性等問(wèn)題的分析研究。利用振動(dòng)響應(yīng)和動(dòng)力特性參數(shù)的變化來(lái)進(jìn)行故障的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)，是結(jié)構(gòu)故障診斷中的重要研究手段之一。任何結(jié)構(gòu)都可以看作是由剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣組成的力學(xué)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是結(jié)構(gòu)的固有特性。結(jié)構(gòu)的損傷必然引起結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的變化，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)獲取的模態(tài)參數(shù)的變化。因此，模態(tài)參數(shù)的改變可視為結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生的標(biāo)志。實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)就是對(duì)被測(cè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)，通過(guò)振動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)采集和信號(hào)分析，由輸入和輸出確定結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。

第17頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六常用方法：（1）基于固有頻率變化的識(shí)別技術(shù)；（2）基于振型變化的識(shí)別技術(shù)：（3）基于柔度變化的識(shí)別技術(shù)；（4）基于剛度變化的識(shí)別技術(shù)；（5）基于能量變化的識(shí)別技術(shù)；（6）基于傳遞函數(shù)變化的識(shí)別技術(shù)；（7）基于統(tǒng)計(jì)信息的識(shí)別技術(shù)。

第18頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2．超聲波法檢測(cè)超聲檢測(cè)是利用超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播時(shí)的反射、透射和散射特性進(jìn)行的。超聲檢測(cè)儀器：（1）連續(xù)波探傷儀：可分為穿透式和反射式兩種。（2）脈沖波探傷儀（3）多通道超聲波探傷儀第19頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六工程應(yīng)用：混凝土的無(wú)損檢測(cè)（1）混凝土強(qiáng)度的超聲檢測(cè)—超聲脈沖法以混凝土強(qiáng)度和超聲波在混凝土中的傳播參數(shù)（聲速、衰減系數(shù)等）之間的相關(guān)關(guān)系為基礎(chǔ)的，即建立R—C關(guān)系曲線。推定方法：（a）校準(zhǔn)曲線法；

（b）修正系數(shù)法第20頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(2)混凝土厚度的超聲檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)破壞層厚度、路面厚度以及巷道噴錨支護(hù)混凝土厚度的測(cè)量，都具有重要意義和使用價(jià)值。（a）窄脈沖探頭直讀法；（b）脈沖相關(guān)法；（c）分離譜法第21頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(3)裂縫的超聲檢測(cè)

結(jié)構(gòu)混凝土裂縫中開(kāi)裂深度小于500mm的裂縫，可采用平測(cè)法或斜測(cè)法。平測(cè)法適用于只有一個(gè)可測(cè)表面。采用不跨縫和跨縫測(cè)量聲時(shí)變化。當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位具有兩個(gè)相互平行的測(cè)試表面時(shí)，可采用斜測(cè)法檢測(cè)。如果發(fā)射（T）和接受（R）探頭的連線通過(guò)裂縫，則接受信號(hào)的波幅和頻率明顯降低。如果大體積混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)計(jì)裂縫深度在500mm以上，可在裂縫兩側(cè)用鉆孔對(duì)測(cè)法測(cè)裂縫深度。

第22頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(4)．不密實(shí)區(qū)和空洞檢測(cè)。對(duì)測(cè)法、斜測(cè)法、鉆孔或預(yù)埋管法。(5)．混凝土結(jié)合面質(zhì)量檢測(cè)(6)．混凝土表面損傷層檢測(cè)第23頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第24頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3．波動(dòng)法檢測(cè)—瑞利波法瑞利波法是一種原位測(cè)試勘探方法，利用其頻散特性和傳播速度與巖土物理力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性進(jìn)行探測(cè)和分析。

在均勻介質(zhì)中，瑞利波的速度VR與振動(dòng)頻率f（即與λR）無(wú)關(guān)，即瑞利波的傳播速度是無(wú)頻散性；而在非均勻介質(zhì)中，由于邊值條件的改變，方程中將包含頻率f，說(shuō)明瑞利波的速度VR是頻率f的函數(shù)，也即非均勻介質(zhì)將導(dǎo)致瑞利波的頻散。瑞利波在非均勻介質(zhì)中的這種頻散特性是瑞利波探測(cè)的物理基礎(chǔ)。

第25頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第26頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第27頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

測(cè)出一系列頻率的VR值，就可以得一條VR—f曲線，即所謂的頻散曲線。VR—f曲線或VR—λ曲線的變化規(guī)律與所測(cè)介質(zhì)存在著內(nèi)在聯(lián)系，通過(guò)對(duì)頻散曲線進(jìn)行解釋，可推斷某一深度范圍內(nèi)的介質(zhì)構(gòu)造。值的大小與介質(zhì)的物理特性有關(guān)，同一頻率的瑞利波波速在水平方向的變化反映出介質(zhì)條件的橫向不均勻性，不同頻率的瑞利波波速的變化反映出介質(zhì)在深度方向的不均勻性。由于瑞利波相對(duì)于體波而言其能量較強(qiáng)、速度較小、頻率較低，容易分辨，因此在揭示地下地層結(jié)構(gòu)的物探方法中有一定的優(yōu)越性。

第28頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4．電磁波法檢測(cè)雷達(dá)波法

同步器變頻器T發(fā)射天線R接收天線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)目標(biāo)體第29頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間（亦稱雙程走時(shí)）、幅度與波形資料，通過(guò)圖象的處理和分析，可確定地下界面或目標(biāo)的空間位置或結(jié)構(gòu)。這一探測(cè)手段在國(guó)內(nèi)外被應(yīng)用于交通路面及地基厚度探測(cè)、地質(zhì)地層研究、地下廢棄物及空洞的勘測(cè)、地下埋設(shè)物探測(cè)、堤岸等探測(cè)。

第30頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六小浪底大壩迎水面硬質(zhì)河底淤泥厚度第31頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六黃河大堤丁壩河床河床下根石床沙黃河大堤丁壩河床河床下根石床沙第32頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第33頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5．結(jié)構(gòu)損傷聲發(fā)射檢測(cè)聲發(fā)射技術(shù)在故障診斷中的主要應(yīng)用是對(duì)大型構(gòu)件結(jié)構(gòu)的完整性進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。結(jié)構(gòu)或組成結(jié)構(gòu)的材料受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射，也稱應(yīng)力波發(fā)射。采用聲發(fā)射檢測(cè)能對(duì)活動(dòng)性缺陷進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

第34頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6．結(jié)構(gòu)損傷的紅外檢測(cè)紅外技術(shù)在結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)中的主要應(yīng)用是對(duì)工程結(jié)構(gòu)因損傷而導(dǎo)致的溫度變化進(jìn)行檢測(cè)。任何高于絕對(duì)溫度零度的物體都是紅外輻射源，即當(dāng)物體內(nèi)部存在缺陷時(shí)，他將改變物體的熱傳導(dǎo)，使物體表面溫度分布發(fā)生變化。紅外檢測(cè)儀可以測(cè)量表面溫度分布變化，探測(cè)缺陷位置。第35頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六7．射線檢測(cè)射線檢測(cè)是依據(jù)被檢構(gòu)件由于成份、密度、厚度等的不同，對(duì)射線（電磁輻射或粒子輻射）產(chǎn)生不同的吸收或散射的特性進(jìn)行的。即采用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器（主要是射線膠片）拾取射線照射被檢構(gòu)件所形成的透射射線強(qiáng)度的分布圖象，對(duì)被檢構(gòu)件的質(zhì)量狀況、尺寸、特性等進(jìn)行評(píng)價(jià)。常用方法有：x射線檢測(cè)技術(shù)；γ射線檢測(cè)技術(shù)；中子射線檢測(cè)技術(shù)；電子射線檢測(cè)技術(shù)等。

第36頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8．其它檢測(cè)方法電學(xué)法檢測(cè)光學(xué)法檢測(cè)磁學(xué)法檢測(cè)第37頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§1-3本課程主要討論的內(nèi)容現(xiàn)代力學(xué)測(cè)試技術(shù)涉及的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，本課程主要討論以下幾部分的內(nèi)容：一、監(jiān)測(cè)技術(shù)——監(jiān)測(cè)的原理和方法