東方網(wǎng)4月19日消息：飛機機翼、發(fā)電用的汽輪機的葉片等，因為長期使用，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)，并依此及時判定關鍵部件的使用期限，也許，很多類似馬航MH370那樣的悲劇就可以避免。

　　華東理工大學項延訓副教授領銜的“機械裝備服役損傷的非線性超聲導波評價原理和方法”項目，提供了一種全新的檢測方法，比超聲波更靈敏高效，還能據(jù)此判斷機械裝備的服役狀態(tài)。

　　靈敏高效的檢測方法

　　B超能夠穿透皮膚，“看”到肉眼不可見的病變。為什么機械裝備的損傷檢測不繼續(xù)用超聲波呢？這就與非線性超聲導波的特點有關啦。

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

　　機械設備在周期性載荷作用（例如機翼的上下振動）或高溫高壓（例如發(fā)動機）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，短時間內(nèi)設備就要“報銷”。若沒有發(fā)現(xiàn)，往往造成事故。因此，檢測方法的敏感度非常重要。

　　其次是高效性。傳統(tǒng)超聲波以逐點檢測方法居多，而非線性超聲導波能做到線狀檢測。相對于一個個的點來構(gòu)成圖像，自然是“一掃一大片”的非線性超聲導波效率更高。

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

　　三大創(chuàng)新推動理論到實踐

　　非線性超聲導波如此“能干”，為什么科學家想不到早點運用它呢？其實，早在上世紀90年代，已經(jīng)有人開始研究。但是由于導波存在多模式和色散性，科學界長期以來普遍認為它不存在強烈的非線性效應，相關理論體系缺失。

　　1996年，課題組成員鄧明晰教授就開始了理論探索。他首次從理論上證明超聲導波非線性效應的存在，并在實驗中觀察到了其信號。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波“有什么用”——闡明它如何激發(fā)出來、與檢測材料的微損傷如何發(fā)生作用。2000年后，項延訓等開始與鄧教授合作。他們針對鋁合金、鈦合金、奧氏體不銹鋼等近10種金屬材料做實驗，改變發(fā)射頻率、改裝設備……終于發(fā)現(xiàn)微觀組織演化是非線性導波變化的主導因素，構(gòu)建了微組織與非線性導波相互作用的理論模型，闡明了兩者之間的物理機制。

　　第三步是了解“怎么用”。課題組“系統(tǒng)建立了設備服役損傷、超聲導波非線性參量、剩余壽命的映射關系”，即能夠通過非線性超聲導波檢測設備的微損傷，推斷出設備的服役狀態(tài)及預測服役壽命。他們不僅構(gòu)建了評價方法，還成功開發(fā)了評價軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)機械損傷的定性、定量評價。

　　他們的這項工作得到了國內(nèi)外約55個課題組的引用和正面評價，尤其是非線性超聲領域，國際上40多個課題組中90%都引用了他們的工作。課題組發(fā)表了相關論文79篇，在國際三大應用物理雜志發(fā)表的論文數(shù)占1999年以來該方向論文總量的70%，他引510次。

工業(yè)裝備狀態(tài)信息實時監(jiān)測和自適應控制是智能制造的關鍵環(huán)節(jié)。該項目團隊為我國從工業(yè)大國向工業(yè)強國轉(zhuǎn)化貢獻了自己的力量。

來源:解放日報