结构早期损伤识别技术的现状和发展趋势

振动与冲击

第!"卷第!期#$%&’()$*+,-&(.,$’(’/01$23+456!"’46!!77

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结构早期损伤识别技术的现状和发展趋势"

郑栋梁"李中付"，!华宏星!

（"6中国人民解放军桂林陆军学院，桂林89"77!；!6上海交通大学振动冲击噪声国家重点实验室，上海!777:7）

摘要本文综述了近几年来结构早期损伤识别技术的方法，对各结构早期损伤识别的方法进行了评述，讨论了各方法在理论上和实际应用中存在的问题。根据国内外最新文献，指出了结构早期损伤识别技术发展的方向和趋势。

关键词：损伤识别，结构振动，模态分析

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7引言

随着现代科学技术的迅速发展，航空航天器的大型化、复杂化以及大型海洋平台、高耸建筑、大跨度桥梁等新型复杂结构的出现，对于它们的损伤预报就显得非常重要。更为重要的是，有些结构的重要部件一旦发生损伤，它的破坏程度迅速发展，而在未及时发现的情况下，很快导致整个结构的毁坏，后果不堪设想［"］。损坏引起整个结构系统破坏的事件很多："<=:年>月!=日凌晨一点钟，美国康涅狄格洲（24??@ABCD AEB）的FCG?EH江高速公路大桥突然倒塌，桥上的数部车辆随即堕入江中，造成三人死亡和三人受伤，幸好事故发生的时间是凌晨，如在白天发生时，引起的后果难以想象。造成大桥倒塌的主要原因是桥的腐蚀和交通循环载荷引起的疲劳。然而，仅在九个月前，该州交通部门对该桥还进行了安全检查［!］；"<<9年韩国汉城市中心的一座桥梁也因内部损伤突然倒塌；再比如"<==年9月!=日，美国一家航空公司的一架波音;:;客机，在夏威夷（1GIGCC）二万四千英尺高空，外壳突然断裂，造成六十九人受伤和一名乘务员被甩出飞机。事故是由壳体的裂纹引起的。而在事故发生前的六个月，该航空部门按照有关航空技术文件和波音公司的技术要求还对该机进行了全面检查和部分维修［:］；另外，地震也引起结构的损伤。比如："<<8年"月";日和"<<8年8月!=日，在日本和俄罗斯先后发生大地震。"<<<年，土耳其和我国的台湾省先后发生了强烈大地震。这些地震造成人员重大伤亡，使一些结构变成废墟，一些结构发生不同程度的损伤。以上仅是损伤引起结构毁坏和地震使结构早期损伤的例子。一方面这些灾难不仅造成巨大的经济损失，而且还夺去许许多多人的生命，从而各种工程结构的安全引起人们对损伤识别技术的重视。另一方面，每年因结构的老化、疲劳和腐蚀而需要的维修费越来越高，这也要求人们及时发现损伤，以便及时维修，以节省费用［9］。特别是航空、航天、海洋、桥梁和军事装备等方面出现大型、复杂结构的今天，为了保证结构和人员的安全、减少经济损失、避免灾难性的悲剧，人们不得不考虑对损伤识别技术的研究。实际上，损伤识别技术在;7年代，人们已开始了研究［8J<］。

损伤识别技术可分为局部损伤识别（)4AG5/GKGL@ ,M@?BCNCAGBC4?）技术和全局损伤识别（O54PG5/GKGL@,D M@?BCNCAGBC4?）技术。局部损伤识别技术主要用于探测结构的局部损伤。该技术又分为二类：一类是利用染色渗透、!射线、!射线、光干涉、超声波和电磁学监测等技术对结构的某些局部进行定期检查。染色渗透技术是对结构的局部表面进行涂层，涂料则渗透到裂缝里，观察表面就可发现表面的裂纹；!射线、!射线探损技术是利用构件的!射线、!射线照片进行损伤识别；超声波技术是向构件发射高频声波并测量折射情况，从而识别出结构的损伤或复合材料的分层或其他损伤；电磁学检测技术是利用涡流和磁场的原理进行识别结构的损伤和复合材料的分层［"7］。这类技术在建筑、航天和船舶等领域有着广泛的应用［""J"9］。但这类技术在应用上有很多缺点：一是对一些不可见、不开敞的部件难以监测；二是对于一些大型结构特别是比较复杂的大型结构检测其损伤是不可能的；三是这类技术要求监测人员必须到现场才能检测［<］。可见这类技术仅适用于小型结构的检测。对于一些不可见、不开敞的部位，该类技术不仅无法实施，甚至要求结构的一些功能停止使用或停止工作。例如，要求以民用客机停飞、发电机组停止运转的情况下进行测试，这是非常不经济的，甚至无法做到。于是出现另外一种局部损伤识别技术，这种技术把传感器（如光纤传感器）固定在一些重要部件中，从而对这些部件

"收稿日期：!77"J""J7>修改稿收到日期：!77"J"!J":第一作者郑栋梁男，高级实验师，"<98年生

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