質(zhì)量控制與監(jiān)測(cè)是保障工程結(jié)構(gòu)（如建筑物、橋梁、高速列車、飛行器、大型游樂(lè)設(shè)施等）安全運(yùn)行的必要手段。其中，各種裂紋類缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)健康產(chǎn)生的威脅最大，對(duì)此類缺陷的監(jiān)測(cè)一直是人們重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。
振動(dòng)-聲調(diào)制技術(shù)就是一種對(duì)裂紋類缺陷非常敏感的非線性聲學(xué)檢測(cè)方法。
中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員最近發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)-聲調(diào)制檢測(cè)中的低頻幅度與調(diào)制強(qiáng)度之間并非此前認(rèn)為的正向線性相關(guān)關(guān)系，而是當(dāng)?shù)皖l幅度達(dá)到一個(gè)臨界值后，調(diào)制強(qiáng)度不再增加。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)》（Structural Health Monitoring）2018年第17卷第2期。
裂紋兩側(cè)界面一般呈（部分）接觸狀態(tài)，在外部作用下可發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。若將振動(dòng)信號(hào)f1和超聲信號(hào)f0同時(shí)施加在所測(cè)結(jié)構(gòu)上，通過(guò)裂紋界面的超聲信號(hào)的幅度或相位將隨振動(dòng)發(fā)生變化，即被調(diào)制產(chǎn)生f0±nf1成分（圖1）。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)調(diào)制的強(qiáng)度即可對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，這就是振動(dòng)-聲調(diào)制技術(shù)。
在應(yīng)用中，激勵(lì)信號(hào)幅度和頻率的選擇是首先需要考慮的問(wèn)題。已有研究認(rèn)為，低頻激勵(lì)幅度越大，接收信號(hào)中的調(diào)制越強(qiáng)。
研究人員以含不同長(zhǎng)度疲勞裂紋的鋁桿為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，測(cè)量不同低頻激勵(lì)幅度下接收信號(hào)中的調(diào)制強(qiáng)度，同時(shí)使用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量其裂紋區(qū)域的應(yīng)變。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，裂紋區(qū)應(yīng)變隨低頻幅度增大而增加，調(diào)制強(qiáng)度隨應(yīng)變?cè)龃笠矔?huì)增加，但是當(dāng)應(yīng)變到達(dá)一定值之后，調(diào)制強(qiáng)度基本不再變化，此時(shí)的應(yīng)變被定義為臨界應(yīng)變εC（圖2）。研究人員同時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同長(zhǎng)度裂紋在各自臨界應(yīng)變下的張開角度基本相等，由此認(rèn)為，臨界應(yīng)變值即為裂紋完全張開時(shí)的應(yīng)變值。上述現(xiàn)象表明，裂紋的張開-閉合程度是影響調(diào)制強(qiáng)度大小的直接因素。
該研究可為振動(dòng)-聲調(diào)制技術(shù)提供低頻幅度選擇的依據(jù)，也為裂紋開合模型提供了新的支持。下一步將著重于高頻頻率對(duì)調(diào)制強(qiáng)度的影響研究，完善本技術(shù)的參數(shù)選擇規(guī)范。
