敲钟，钟就会以它的共振模式响起。敲得越用力，铃声就会以同样的音调响起，只是声音更大。现在想象一下钟上有一道裂缝，也许是肉眼看不见的。我们轻轻地敲钟，它就会正常地响。让我们惊讶的是，当我们用力敲的时候，音调的频率会有轻微的下降。敲击的力度越大，音调的频率就越低。这种频移是由于裂纹的存在而引起的非线性的表现。 非线性共振超声光谱学图1说明了钟形结构在未损坏时呈弹性线性响应，而在损坏时呈弹性非线性响应。当钟完好无损时，钟的行为与预期的方式一致，图拉-用锤子敲钟激发钟的共振模式，产生频谱只有共振模式存在。如果钟有一个非常小的裂缝，模态频率取决于敲钟的力度。这是一种非线性效应——波的频率随波的振幅而变化。我们称这种方法为非线性共振超声光谱学(NRUS)，它是非线性弹性波光谱学(NEWS)的一个子集。
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图1所示。说明钟的线性与非线性波共振行为。 |
非线性波调制光谱为了说明非线性的其他表现形式，这个例子在图2中更进一步。例如，我们使用音频扬声器将440hz和8000hz输入到未损坏的钟中(这些是任意选择的频率，对一般结果并不重要)。不出所料，铃声会在两个输入频率处响起，如图2a。如果我们在钟上输入两个音调，当一个小裂缝出现时，有趣的事情又发生了。我们发现，钟不仅以440Hz和8000Hz的频率鸣响，而且还有其他频率出现在图2b中。我们还检测两次、三次和四次输入频率(880、1320和1740 Hz;分别为16000、24000和32000hz)。此外，我们检测440和8000赫兹之间的和和差频率，或侧频带，8000±440hz。这种方法被称为非线性波调制光谱法(NWMS)，是NEWS的另一个子集。
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图2。钟内线性与非线性波谐和调制响应的图解。 |
裂缝对非线性的影响由于存在一个或多个裂纹而产生的非线性是损伤存在的一个极其敏感的指标。试样未损坏部分的非线性效应几乎为零。材料损坏的部分起到非线性混合(乘法器)的作用。这是一种局部效应。使用频谱分析，我们可以很容易地区分未损坏和损坏的物体。事实上，我还没有发现一种更灵敏、更快速、更容易应用的方法来检测和检查材料的损坏。 这项技术能在哪里应用?在我们的研究中，我们发现，样品的非线性响应可以快速、定性地测试许多金属部件的合格/不合格，如交流发电机外壳、发动机轴承盖、各种齿轮、有机玻璃、合成石板、武器部件等，这些部件的损伤是局部的。然而，弹性非线性响应也有助于检查体积损伤材料的物理状态，如混凝土、岩心和其他多孔材料(包括流体饱和度的影响)，并被用于表征金属中的位错，并研究这些材料的渐进损伤。欧洲杯足球竞彩 非线性弹性介观非线性弹性介观的一般概念,可以说明如下,材料疲劳或受损,混乱,裂缝和缺陷可能引入,导致显著改变材料的非线性弹性波的行为,这种行为是表现在两个主要礼仪当声音是应用于对象。首先，在共振条件下(如钟)，模具共振音调随着应用体积的增加而变化。二是在共振、连续波或脉冲波激励下，出现波谐等混频谱成分。这些影响在受损材料中是巨大的，但在未受损材料中几乎无法衡量。欧洲杯足球竞彩它们是损害的标志。声波无损检测中的线性方法依赖于裂纹反射波能、波速变化和/或振幅变化。这些线性波特性中没有一个比材料的非线性响应更敏感。 不同类型伤害的影响
在体积损伤材料中，像位错这样的微观特征是导致非线性行欧洲杯足球竞彩为的原因。有趣的是，体积和局部损害在几个数量级(~10－9－10－１)提供非常相似的非线性特性。即试样中位错的非线性响应与试样中单个宏观裂纹的非线性响应有密切的相似之处。这些相似之处目前正受到严格审查，以确定为什么会这样。2型钻石和蓝宝石中的位错、陶瓷(掺硼硅酸盐玻璃的钡镁硅酸盐)中的单一裂缝、砂岩中的裂缝、连杆、轴承盖和混凝土都导致非常相似的非线性波动行为。 案例研究-轴承盖作为一个实例，我们展示了在无损和受损的汽车发动机轴承盖上进行的波混频实验，用以识别是否存在损伤。在这些测试中，一个高频波和几个低频波同时作为输入。因此，我们可以预期所有的波相互混合，导致产生许多谐波和边带时，损害存在。图3a和图3b分别为仅在边带频率附近未损伤和损伤样品的频谱。受损的轴承盖上有一个几毫米深，大约一厘米长的裂缝。多个频率以连续波模式同时输入到样品中，产生多个边带。
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图3。波调制测试的频谱未损坏和损坏的发动机轴承盖。插图(左上)展示了一个完整的光谱;插图中的方框区域说明了所示频谱的边带部分。 |
图3b中的样品显然没有通过通过/不通过测试。请注意，尽管非线性响应是非常不同的，但我们观察到两个样本之间的线性波速或波耗散没有变化。 监测材料的渐进损伤欧洲杯足球竞彩NEWS对于监测材料的渐进损伤也很理想。欧洲杯足球竞彩图4演示了这样的测试。一根一端固定另一端自由的塑料棒，在剪切过程中在其固定端摇晃直到破坏(用x轴表示，即剪切循环次数)。每一步都监测线性和非线性行为，每一步的归一化响应都绘制在y轴上。我们看到，线性响应(在这种情况下，波耗散用蓝色表示，波速用红色表示)对诱导损伤相对不敏感，直到样品破坏之前。非线性响应在损伤过程早期就受到影响，并很快变得巨大。从图中可以清楚地看出，在渐进损伤检测中，非线性方法远远优于线性方法。
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图4。塑性渐进损伤，比较非线性和线性响应。 |
见sub进一步故事阅读我们还没有提到其他非常有趣和复杂的非线性效应，如经常观察到的缓慢动态响应。我们也没有讨论与经典介质(水、气体、完整材料)相比，这里描述的非线性的非常不同的性质，经典介质(水、气体、完整材料)的非线性响应要小得多，它是由原子的非谐性引起的，而不是损伤的存在。欧洲杯足球竞彩我们也没有提到盖伊和麦考尔为预测此处所示的行为而提出的详尽理论。刚才提到的主题可以在建议的进一步阅读部分找到。 作为无损检测工具的声学测量技术这里描述的瞬时非线性响应显然会引起无损检测界的极大兴趣。我们目前正在开发一种不仅能诊断损伤，还能定位损伤的方法。NEWS代表了材料损伤声学无损检测的新前沿。欧洲杯足球竞彩非线性波法对材料损伤的表现和进展的灵敏度比常规声学无损检测方法的灵敏度大几个数量级。欧洲杯足球竞彩事实上，对非线性行为的测量很可能是研究、早期发现和损伤进展最敏感的方法。从非线性应用中，可能会有大量具有巨大经济和安全影响的应用。应用和副产品研究已经并将影响到一个广泛的问题类别，从帮助抗震结构的设计，到消除装配线上制造的坏部件，到监测基础设施的长期老化。此外，应用于地震后的结构可能很好地提供关于破坏的有价值的信息这种结构。 概括我们还认为，非线性方法的应用，这是一个通过提供敏感性的敏感性测试在想象之前从未伤害。此外，工作可能很好地帮助开发更好，更长的混凝土，所有建筑材料的基础。欧洲杯足球竞彩我们预计10年内的非线性方法可能是常规使用的应用申请包括制造过程的质量控制，混凝土养护的质量控制，反应堆安全壳的损伤监测，检查飞机和航天器的损伤，观察建筑物、桥梁、隧道、气体和c管道的疲劳损伤。 |