钢桥面板疲劳裂纹损伤非线性Lamb波检测的数值模拟与试验研究

摘要

为有效识别车辆荷载作用下钢桥面板的早期疲劳裂纹,进行钢板疲劳裂纹非线性Lamb波检测的数值模拟和试验研究。基于声接触非线性理论,提出了首波能量、拟声速和非线性参数3个损伤指标。试件同时考虑了孔洞缺陷、宏观裂纹和疲劳裂纹3种类型的缺陷,其中,疲劳扩展裂纹通过疲劳加载试验生成。在三维数值模型中,通过零长度非线性弹簧单元模拟闭合裂纹的“呼吸效应”,以模拟Lamb波与疲劳裂纹的局部非线性相互作用过程;进行了非线性Lamb波步进式扫描,并通过带通滤波器提取了二次谐波响应。研究结果表明:基波能量和拟声速指标对宏观缺陷敏感,而二次谐波能量和非线性参数对疲劳裂纹更敏感,综合3个损伤指标可以同时实现宏观缺陷和疲劳裂纹的识别和定位。