東方網(wǎng)4月19日消息：飛機(jī)機(jī)翼、發(fā)電用的汽輪機(jī)的葉片等，因?yàn)殚L(zhǎng)期使用，往往有不少微小的損傷。如果這些損傷能夠在早期就被發(fā)現(xiàn)，并依此及時(shí)判定關(guān)鍵部件的使用期限，也許，很多類(lèi)似馬航MH370那樣的悲劇就可以避免。

　　華東理工大學(xué)項(xiàng)延訓(xùn)副教授領(lǐng)銜的“機(jī)械裝備服役損傷的非線性超聲導(dǎo)波評(píng)價(jià)原理和方法”項(xiàng)目，提供了一種全新的檢測(cè)方法，比超聲波更靈敏高效，還能據(jù)此判斷機(jī)械裝備的服役狀態(tài)。

　　靈敏高效的檢測(cè)方法

　　B超能夠穿透皮膚，“看”到肉眼不可見(jiàn)的病變。為什么機(jī)械裝備的損傷檢測(cè)不繼續(xù)用超聲波呢？這就與非線性超聲導(dǎo)波的特點(diǎn)有關(guān)啦。

　　首先是靈敏度。與超聲波不同，非線性超聲導(dǎo)波發(fā)射出去后，會(huì)產(chǎn)生高倍頻的諧波。分析這些諧波信號(hào)，研究者能夠發(fā)現(xiàn)100微米以下的細(xì)小損傷。非線性超聲導(dǎo)波可謂明察秋毫。而超聲波呢，一般只能發(fā)現(xiàn)500微米以上的損傷。在這個(gè)級(jí)別，檢測(cè)方法已經(jīng)較多。

　　機(jī)械設(shè)備在周期性載荷作用（例如機(jī)翼的上下振動(dòng)）或高溫高壓（例如發(fā)動(dòng)機(jī)）環(huán)境下服役，蠕變孔洞和微小裂紋這樣的早期損傷占其服役壽命的70%~80%以上。一旦發(fā)現(xiàn)500微米以上的損傷，短時(shí)間內(nèi)設(shè)備就要“報(bào)銷(xiāo)”。若沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，往往造成事故。因此，檢測(cè)方法的敏感度非常重要。

　　其次是高效性。傳統(tǒng)超聲波以逐點(diǎn)檢測(cè)方法居多，而非線性超聲導(dǎo)波能做到線狀檢測(cè)。相對(duì)于一個(gè)個(gè)的點(diǎn)來(lái)構(gòu)成圖像，自然是“一掃一大片”的非線性超聲導(dǎo)波效率更高。

　　如同對(duì)付人類(lèi)的癌癥一樣，早發(fā)現(xiàn)、早干預(yù)能夠有效保證機(jī)械裝備的“生命”安全。在這方面，靈敏高效的非線性超聲導(dǎo)波具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

　　三大創(chuàng)新推動(dòng)理論到實(shí)踐

　　非線性超聲導(dǎo)波如此“能干”，為什么科學(xué)家想不到早點(diǎn)運(yùn)用它呢？其實(shí)，早在上世紀(jì)90年代，已經(jīng)有人開(kāi)始研究。但是由于導(dǎo)波存在多模式和色散性，科學(xué)界長(zhǎng)期以來(lái)普遍認(rèn)為它不存在強(qiáng)烈的非線性效應(yīng)，相關(guān)理論體系缺失。

　　1996年，課題組成員鄧明晰教授就開(kāi)始了理論探索。他首次從理論上證明超聲導(dǎo)波非線性效應(yīng)的存在，并在實(shí)驗(yàn)中觀察到了其信號(hào)。這就完成了“證明存在”的第一步。

　　第二步就是探究非線性超聲導(dǎo)波“有什么用”——闡明它如何激發(fā)出來(lái)、與檢測(cè)材料的微損傷如何發(fā)生作用。2000年后，項(xiàng)延訓(xùn)等開(kāi)始與鄧教授合作。他們針對(duì)鋁合金、鈦合金、奧氏體不銹鋼等近10種金屬材料做實(shí)驗(yàn)，改變發(fā)射頻率、改裝設(shè)備……終于發(fā)現(xiàn)微觀組織演化是非線性導(dǎo)波變化的主導(dǎo)因素，構(gòu)建了微組織與非線性導(dǎo)波相互作用的理論模型，闡明了兩者之間的物理機(jī)制。

　　第三步是了解“怎么用”。課題組“系統(tǒng)建立了設(shè)備服役損傷、超聲導(dǎo)波非線性參量、剩余壽命的映射關(guān)系”，即能夠通過(guò)非線性超聲導(dǎo)波檢測(cè)設(shè)備的微損傷，推斷出設(shè)備的服役狀態(tài)及預(yù)測(cè)服役壽命。他們不僅構(gòu)建了評(píng)價(jià)方法，還成功開(kāi)發(fā)了評(píng)價(jià)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械損傷的定性、定量評(píng)價(jià)。

　　他們的這項(xiàng)工作得到了國(guó)內(nèi)外約55個(gè)課題組的引用和正面評(píng)價(jià)，尤其是非線性超聲領(lǐng)域，國(guó)際上40多個(gè)課題組中90%都引用了他們的工作。課題組發(fā)表了相關(guān)論文79篇，在國(guó)際三大應(yīng)用物理雜志發(fā)表的論文數(shù)占1999年以來(lái)該方向論文總量的70%，他引510次。

工業(yè)裝備狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)控制是智能制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為我國(guó)從工業(yè)大國(guó)向工業(yè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)了自己的力量。

來(lái)源:解放日?qǐng)?bào)