基于冲击-光纤法的焊接型钢梁损伤检测理论与实验研究

许 颖， 牛 丽， 祖红光

(哈尔滨工业大学 深圳研究生院，广东 深圳 518055)

Ⅰ形钢有横向和纵向两个对称轴，故具有优良的力学性能，被广泛应用于各种工程建筑、桥梁、支架和机械等方面[1]。焊接Ⅰ形钢在翼缘与腹板的连接处受力复杂，这一部位是实际使用中最容易发生疲劳破坏的区域: 某厂平台装机轨道的疲劳破坏实例中，梁上翼缘与腹板连接焊缝全部开裂，梁上轨道因此下沉[2]。

在检测钢结构疲劳损伤[3]方面，传统的无损检测技术存在一些不足: 磁粉和涡流检测只能检测到表面的缺陷[4-5]；渗透法只能检测到表面开口的缺陷，并且检测成本较高[6]；射线法虽然比较方便，但是对身体伤害很大。近年来出现了很多新兴的无损检测方法[7]，但是目前发展还不是很成熟。超声波法是目前使用最广泛的钢结构疲劳损伤检测技术，具有穿透性好、灵敏度高、成本较低、对人体无害等特点。其中冲击回波法是超声检测中常用的一种方法，它利用小锤或者小钢球轻敲结构表面产生低频应力波，应力波在结构体内传播，遇到损伤或结构界面发生反射，反射波被冲击点附近的传感器接收，通过对接收信号的时频域分析可得到结构厚度和损伤位置等信息[8-10]。

本文将能激发宽频信号[11]的冲击回波法和光纤传感器相结合，提出一种冲击-光纤无损检测技术，与压电陶瓷(Piezoelectric Ceramic Transducer, PZT)传感器[12]相比具有以下优点: ①光纤灵敏度相比于其他传感器灵敏度很高[13]，检测数量级可以达到纳米，能捕捉到极小的应变变化；……