[发明专利]利用截面对称性的钢构件超声导波检测方法

说明书

利用截面对称性的钢构件超声导波检测方法，涉及结构无损检测技术领域。本发明是为了解决对钢构件进行检测时，从导波信号中提取远距离处损伤信息的难度大，导致结构缺陷识别和定位精度低的问题。本发明在被测钢构件表面设置至少两条超声导波信号传播路径，所有超声导波信号传播路径的起点均位于被测钢构件的一个横截面、且终点位于另一个横截面，每一条超声导波信号传播路径至少与其余超声导波信号传播路径中的一条形成对称结构；判断相互形成对称结构的两条超声导波信号传播路径终点接收到的信号是否相同，是则被测钢构件在超声导波信号传播路径上无损伤，否则被测钢构件在其中一条超声导波信号传播路径上有损伤。

技术领域

本发明属于结构无损检测技术领域，尤其涉及钢构件的检测。

背景技术

超声导波是一种可在薄板、管道、杆件等具有有限边界的结构构件内传播的超声波。相比超声体波，超声导波可以在上述结构中长距离大范围传播，在遇到结构微小缺陷或损伤时，除了继续传播的部分之外，还会在缺陷处发生波的散射或反射，对上述各种来源波的特征进行分析可以识别出结构的微小缺陷或损伤，进一步的分析可以对缺陷进行定位、定量甚至成像。基于超声导波的结构损伤识别方法对结构局部微小缺陷敏感，相对传统超声无损检测，可以检测更大范围和距离，是目前得到广泛关注、研究和应用的结构无损检测方法之一。

常见的钢构件有角钢、工字钢、槽钢以及方钢管等，上述构件广泛应用于土木工程领域。尽管导波检测技术可以检测更大范围和更长距离，但在实际工程应用过程时，由于角钢、工字钢、方钢管等结构的截面形式的特殊性，相比于板和管结构，拐角的存在使得导波在上述钢构件中的传播更为复杂，加上导波自身的多模态性，这些会使得接收到的信号会存在大量的杂波，大大增加了从导波信号中提取远距离处损伤信息的难度，导致结构缺陷识别和定位精度降低，甚至无法识别出损伤。该问题极大限制了超声导波检测。现有研究中已有通过周向满布压电换能器、设计主动式换能器网络的方法在方钢管中实现导波的激励和接收，但这些方法所需压电换能器数量较多，不经济且在实际工程中应用困难。

发明内容

本发明是为了解决利用导波检测技术对钢构件进行检测时，从导波信号中提取远距离处损伤信息的难度大，导致结构缺陷识别和定位精度低的问题，现提供利用截面对称性的钢构件超声导波检测方法。

本发明包括两种利用截面对称性的钢构件超声导波检测方法。

第一种方案包括以下步骤：

步骤一：超声导波信号传播路径设置，

在被测钢构件表面设置至少两条超声导波信号传播路径，所有超声导波信号传播路径的起点均位于被测钢构件的一个横截面、且终点位于另一个横截面，每一条超声导波信号传播路径至少与其余超声导波信号传播路径中的一条形成对称结构，所述对称结构为以被测钢构件横截面的中轴线为对称轴的轴对称结构、或以被测钢构件横截面的几何中心为对称中心的中心对称结构；

步骤二：损伤判断，

判断相互形成对称结构的两条超声导波信号传播路径终点接收到的信号是否相同，是则被测钢构件在超声导波信号传播路径上无损伤，否则被测钢构件在其中一条超声导波信号传播路径上有损伤。

进一步的，上述第一种方案中，一个横截面的外轮廓上设有M个激励点、激励点用于设置向被测钢构件中激发超声导波信号的换能器，另一个横截面的外轮廓上设有N个检测点、监测点用于设置采集被测钢构件中超声导波信号的换能器，所述M和N均为正整数且二者不能同时取1。

第二种方案包括以下步骤：

包括以下步骤：

步骤一：超声导波信号传播路径设置，