一、聲發射技術機理(lǐ)及特征
聲發射（Acousticemission簡稱AE）又稱應力波發射，是材料或零部件受力作(zuò)用(yòng)産生變形、斷裂，或内部應力超過屈服極限ss而進入不可逆的塑性變形階段，以瞬态彈性波形式釋放(fàng)應變能(néng)的現(xiàn)象。
在外(wài)部條件作(zuò)用(yòng)下(xià)，固體（材料或零部件）的缺陷或潛在缺陷改變狀态而自(zì)動發出瞬态彈性波的現(xiàn)象亦爲聲發射。通常意義上(shàng)的聲發射源，一般是指材料受力的作(zuò)用(yòng)所産生的各種變形和(hé)斷裂機制，例如：金(jīn)屬材料中的裂縫擴展、位錯運動、滑移帶的形成、李生變形、晶界滑移、夾雜(zá)物的分離與開(kāi)裂；複合材料中的基體開(kāi)裂、層間分離、纖維和(hé)基體間界面分離和(hé)纖維斷裂等，這(zhè)些(xiē)無損檢測的主要對(duì)象，都是重要的聲發射源。
聲發射波的頻率範圍很(hěn)寬，從(cóng)次聲頻、聲頻直到(dào)超聲頻。它的幅度動态範圍亦很(hěn)廣，從(cóng)微弱的位錯運動直到(dào)強烈的地震波。然而，聲發射作(zuò)爲無損檢測與無損評價手段，則是采用(yòng)高(gāo)靈敏度傳感器，在材料或構件受外(wài)力的作(zuò)用(yòng)，且又遠在其達到(dào)破損以前，接收來(lái)自(zì)這(zhè)些(xiē)缺陷與損傷開(kāi)始出現(xiàn)或擴展時(shí)所發射的聲發射信号，通過對(duì)這(zhè)些(xiē)信号的分析、處理(lǐ)來(lái)檢測、評估材料或構件缺陷、損傷等内部特征。從(cóng)而，通讨聲發射檢測，可以确定：[1]
1·材料或構件何時(shí)出現(xiàn)損傷；2，材料或構件出現(xiàn)損傷的部位
3·材料或構件出現(xiàn)損傷的嚴重程度及其危害性，對(duì)構件作(zuò)出結構完整性評價。
作(zuò)爲一種新的無損檢測技術，聲發射檢測技術與常規無損檢測技術：滲透、磁粉、渦流、射線、超聲檢測相比較具有兩個基本性的特點：？敏感于動态缺陷，而不是靜态缺陷；即不像其他(tā)無損檢測技術隻是在缺陷出現(xiàn)後，事(shì)後靜傑檢測時(shí)才能(néng)發現(xiàn)，而是在缺陷萌生和(hé)擴展過程中，即能(néng)實時(shí)發現(xiàn)。？聲發射波來(lái)自(zì)缺陷的本身而不是外(wài)部；從(cóng)而可以得到(dào)有關缺陷的豐富的信息以及檢測的高(gāo)靈敏度與高(gāo)分辨率。
以上(shàng)兩大(dà)特點導緻該項技術具有了(le)以下(xià)不同于常規無損檢測技術的優點：
1）可獲得關于缺陷的動态信息，并據以評價缺陷的實際危害程度，以及結構的整體性和(hé)預期使用(yòng)壽命；
）對(duì)大(dà)型構件，不需要移動傳感器做繁雜(zá)的掃查操作(zuò)，隻要布置好(hǎo)足夠數量的傳感器，經一次加載或試驗過程，即可大(dà)面積檢測确定缺陷的位置和(hé)監視(shì)缺陷的活動情況，操作(zuò)簡便，省工(gōng)、省時(shí)；
3）可提供随載荷、時(shí)間、溫度等處施變量而變化的實時(shí)瞬态或連續信息，因而适用(yòng)于過程監控，以及早期或臨近破不的預報(bào)；

4）對(duì)被檢工(gōng)件的接近要求不高(gāo)，因而适用(yòng)于其它無損檢測方法難以或不能(néng)接近的，如高(gāo)低(dī)溫、核輻射、易燃、易和(hé)極毒等環境下(xià)的檢測；
5）對(duì)構件的幾何形狀不敏感，适于檢測其他(tā)方法所不能(néng)檢測的形狀複雜(zá)的構件；
6）幾乎所有材料在變形和(hé)斷裂時(shí)均産生聲發射，适用(yòng)範圍廣。
二、聲發射技術在複合材料領域中的應用(yòng)
複合材料是一種多相材料，由兩種或多種性質不同的材料組成，其主要組分是增強材料和(hé)基體材料，基本的結構式是層壓件和(hé)纏繞件。
複合材料因高(gāo)的比強度和(hé)比模量以及良好(hǎo)的抗疲勞性和(hé)成形工(gōng)藝性，而在航空(kōng)、航天、造船(chuán)、建築、橋梁等工(gōng)業言門(mén)得到(dào)了(le)大(dà)量的應用(yòng)，并在壓力容器、管道(dào)，以及某些(xiē)關鍵部位代替金(jīn)屬材料。但(dàn)是，纖維增強複合材料具有導電性差、熱傳導率低(dī)、聲衰減高(gāo)等特點，在機械和(hé)物理(lǐ)性能(néng)方面呈顯著的各向異性，這(zhè)使得它對(duì)無損檢測的波傳播所起的個用(yòng)與金(jīn)屬材料迥異，因而，其無損檢測也(yě)與金(jīn)屬材料顯然不同。
複合材料結構由于制造工(gōng)藝的特殊性，許多工(gōng)藝參數的微小(xiǎo)差異會(huì)導緻其産生諸多缺陷，使産品質量呈現(xiàn)明(míng)顯的散性。這(zhè)些(xiē)缺陷嚴重地影響構件的機械性能(néng)、結構完整性和(hé)使用(yòng)壽命。
複合材料結構缺陷的類型繁多，但(dàn)大(dà)緻可以分爲兩大(dà)類：
1）通常表現(xiàn)爲損害構件的機械性能(néng)和(hé)物理(lǐ)性能(néng)的有：氣孔、夾雜(zá)、分層、纖維斷裂或不平直、纖維與基體的比值7正确、纖維和(hé)基體的結合狀況不佳、基體疏柱、基體裂縫、基體固化狀态不良等；
2）通常表現(xiàn)爲損害構件的整體完整性的有：脫粘、橫向斷裂、龜裂、缺膠、膠層厚度不均勻、結構内部損傷等。面對(duì)上(shàng)述種類繁多的缺陷，迄今，還沒有一種無損檢測方法可以檢測各種複合材料構件的所有缺陷。在實際應用(yòng)中，往往需根據複合材料構件的形狀、類型、使用(yòng)要求，要求檢測的缺陷類型、大(dà)小(xiǎo)、位置、取向及檢測設備檢測能(néng)力等因素，選用(yòng)幾種不同的方法互相補充。
然而，我們對(duì)每一複合材料構件無損檢測的目标是在于：檢測它的結構的完整性、強度和(hé)承載能(néng)力，評估它的使F壽命和(hé)使用(yòng)安全性。
由于複合材料構件不同于金(jīn)屬構件的特殊性，且對(duì)它的破壞機理(lǐ)還缺乏系統的了(le)解，因而對(duì)它的主要缺陷類型仍是衆說紛纭，還不能(néng)用(yòng)一、兩種主要類型的缺陷來(lái)決定其使用(yòng)性能(néng)，評估預期壽命。例如，高(gāo)性能(néng)的金(jīn)屬結構，相對(duì)來(lái)說，是用(yòng)不包含所不希望存在的缺陷的材料制成的。在使用(yòng)中，破損往往起源于裂縫開(kāi)始擴展爲可辨認的缺陷的時(shí)候，而且發生于裂縫繼續擴展以後。所以，在大(dà)多數金(jīn)屬結構中，我們所查找的基本缺陷是裂逢，一旦用(yòng)無損檢測方法确定了(le)有缺陷的結構，就可以利用(yòng)斷裂力學的基本概念，計(jì)算(suàn)出使用(yòng)條件下(xià)金(jīn)屬構件的預期壽命。

正如上(shàng)文(wén)所述，複合材料至今尚不能(néng)以少數的幾種類型缺陷确定爲損傷起源的主要缺陷。
大(dà)量實驗證明(míng)：有些(xiē)具有明(míng)顯宏觀缺陷的架件，加載試驗到(dào)破壞，其疲勞壽命不一定就短；相反，有些(xiē)無明(míng)顯宏刃缺陷的構件，若隐含有常規無損檢測難以檢出的、基體微裂紋等缺陷，在實驗中發現(xiàn)其所具有的疲芳壽命則遠短于正常構件。
由于聲發射對(duì)缺陷起始和(hé)擴展的特有的敏感性，以及其所具有動态檢測強度和(hé)評估使用(yòng)壽命的獨特功能(néng)，從(cóng)而近年來(lái)，複合材料無損檢測與評價技術已經把重點轉移到(dào)，利用(yòng)聲發射技術檢測材料與構件的缺陷（包括微觀缺陷）與損傷的萌生與擴展，并據以評估缺陷的危害程度，測定結構強度、整體性和(hé)預期使用(yòng)壽命。對(duì)複合材料的發展而言，聲發射技術不僅僅是内部缺陷和(hé)損傷的無損檢測手段，且已成爲材料性能(néng)（包括斷裂性能(néng)和(hé)力學性能(néng)等）研究、強度檢測與用(yòng)壽命評估的必不可少的方法。
聲發射技術作(zuò)爲一種檢測技術起步于50年代初的德國，60年代，該項技術在美(měi)國原子能(néng)和(hé)宇航技術中迅速興起，産在玻璃鋼固體發動機殼體的檢測方面出現(xiàn)工(gōng)業應用(yòng)的首例[2]，70年代，在日、歐及我國相繼得到(dào)發展，但(dàn)因當時(shí)的技術和(hé)經驗所限，僅隻獲得有限的成功。80年代，聲發射技術開(kāi)始獲得較爲正确的評價，并獲得迅速發展，已在金(jīn)屬和(hé)玩(wán)璃鋼壓力容器、儲罐、管道(dào)等重要領域進入工(gōng)業應用(yòng)和(hé)标準化階段。随着計(jì)算(suàn)機技術和(hé)信号處理(lǐ)技術的迅猛發展，國先進聲發射設備研制公司在聲發射技術軟，硬件方面的一些(xiē)重大(dà)技術突破，以及新的數字化聲發射系統和(hé)相應的商業化實用(yòng)軟件包的推出，已能(néng)獲得複合材料缺陷與損傷，在其萌生和(hé)發展中，甚爲豐富的和(hé)極其活躍的信息，使聲發射技才成爲在複合材料等先進的、新型材料研究和(hé)生産中不可替代的動态無損檢測技術。
聲發射技術在這(zhè)一領域的應用(yòng)大(dà)緻可分如下(xià)幾個方面：在複合材料性能(néng)研究方面的應用(yòng)
在複合材料結構完整性檢測方面的應用(yòng)；在複合材料結構制造過程監測方面的應用(yòng)。

三、在複合材料性能(néng)研究方面的應用(yòng)
複合材料與傳統的金(jīn)屬材料相比，在航空(kōng)航天以及軍用(yòng)和(hé)民用(yòng)領域得到(dào)越來(lái)越廣泛應用(yòng)的最重要因素是其強度高(gāo)、重量輕、機械性能(néng)優越，而這(zhè)些(xiē)卓越性能(néng)則來(lái)自(zì)于複合材料中各構成成份本身的優越性能(néng)和(hé)合理(lǐ)搭配。對(duì)于複合材料的強度、韌性方面的研究，離不開(kāi)實驗手段，而聲發射技術在這(zhè)些(xiē)實驗研究中扮演極其重要角色。複合材料的損傷形式很(hěn)複雜(zá)，大(dà)緻可分纖維斷裂，基體開(kāi)裂、脫粘、分層等幾種主要形式，每種損傷形式對(duì)複合材料的整體性能(néng)都有不同程度的影響和(hé)作(zuò)用(yòng)，所以對(duì)于複合材料性能(néng)的研究離不開(kāi)對(duì)這(zhè)些(xiē)損傷形式的研究。實際上(shàng)，由于複合材料本身的複雜(zá)性，使得關于複合材料破壞機理(lǐ)方面的研究一直處于探索階段，許多問題還沒有被人們所揭示。多年來(lái)人們采用(yòng)了(le)各種手段從(cóng)事(shì)這(zhè)些(xiē)方面的研究，但(dàn)這(zhè)些(xiē)手段都很(hěn)困難且都有很(hěn)大(dà)局限性。
大(dà)量研究表明(míng)，盡管複合材料的幾種損傷形式都有各自(zì)不同的複雜(zá)性，但(dàn)幾乎都有一個共同特點，那就是這(zhè)些(xiē)損傷缺陷發生和(hé)發展時(shí)都有很(hěn)明(míng)顯的聲發射特征，而且聲發射手段對(duì)于這(zhè)些(xiē)損傷過程的分析都非常及時(shí)和(hé)有效，所以聲發射技術是複合材料破壞機理(lǐ)研究及強度性能(néng)研究的最有效手段之一。在這(zhè)方面，國内外(wài)學者們進行了(le)大(dà)量研究實踐，取得了(le)許多可貴的成果。
在複合材料的聲發射特征中，振鈴計(jì)數、幅度、持續時(shí)間、恒載聲發射延續時(shí)間、Felicity比是區(qū)别複合材料構件各損傷階段、損傷類型、力學特性的主要參數。
國内學者通過對(duì)Sic纖維鋁基複合材料聲發射研究發現(xiàn)用(yòng)A技術能(néng)準确測定單纖維金(jīn)屬基複合材料中纖維斷枝數和(hé)纖維斷枝的平均長度，由此能(néng)測定Sic纖維的斷裂強度和(hé)纖維與鋁基體間的界面強度[5]。
J.G.BAKVCKAS等人通過對(duì)钛基複合材料損傷過程的聲發射研究，也(yě)揭示了(le)幾種主要的損傷形式發生時(shí)所對(duì)應的E事(shì)件幅度的關系。
ThomasM.Ely等人對(duì)石墨環氧樹脂複合材料縱向開(kāi)裂與纖維斷裂的聲發射特征研究進一步發現(xiàn)縱向開(kāi)裂
（Longitudinal splitting）對(duì)應的E特征爲低(dī)幅度、短持續時(shí)間、低(dī)計(jì)數和(hé)低(dī)能(néng)量；而高(gāo)幅值、長持續時(shí)間、高(gāo)計(jì)數及高(gāo)能(néng)量的E信号則來(lái)自(zì)于纖維斷裂[7]。
TYI-JIINLUO等通過陶瓷基複合材料縱向拉伸試驗的深入研究進一步發現(xiàn)：在應力水(shuǐ)平超過應力應變關系的比例極限時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)基體裂紋并産生對(duì)應組信号；在比例極限與應變硬化階段前的非線性階段，AE計(jì)數與相應應變值呈非常明(míng)顯的線性關系；在應變硬化開(kāi)始點，基體裂紋及對(duì)應産生的E信号達到(dào)飽和(hé)；在此後開(kāi)始出現(xiàn)中等水(shuǐ)平的E信号及對(duì)應的纖維/基體脫粘現(xiàn)象；在剛度逐漸減弱時(shí)開(kāi)始纖維斷裂或拉出，此時(shí)AE信号以穩定的數率連續減少[8]。
總之，膽技術在複含材料性能(néng)研究方面起了(le)十分重要作(zuò)用(yòng)，也(yě)取得許多突破性的進展，但(dàn)這(zhè)方面的許多工(gōng)作(zuò)還處于探索之中。

四、在複合材料結構完整性檢測方面的應用(yòng)
由于複合材料強度高(gāo)、重量輕的特點，近年來(lái)，被廣泛用(yòng)于壓力容器、管道(dào)、飛(fēi)機及航天器的某些(xiē)部件上(shàng)，聲發射技術對(duì)這(zhè)些(xiē)受力結構的完整性檢測和(hé)安全壽命評估提供了(le)可靠方法。
對(duì)于複合材料結構的無損檢測，其它常規無損檢測方法，像超聲、射線、渦流等手段對(duì)某些(xiē)複雜(zá)缺陷或微小(xiǎo)缺陷諸如基體微裂紋、纖維/基體脫粘及單束纖維裂紋等很(hěn)難發現(xiàn)，且很(hěn)難做到(dào)動态、實時(shí)監測，而隻有聲發射手段能(néng)動态、實時(shí)發現(xiàn)這(zhè)些(xiē)缺陷。現(xiàn)代聲發射技術的全波形聲發射技術不但(dàn)能(néng)定性發現(xiàn)上(shàng)述缺陷，而且通過多參數分析、相關分析等方法，尤其基于瞬态波形記錄的FFT分析手段更能(néng)對(duì)上(shàng)述缺陷進行定量識别。
聲發射用(yòng)于壓力容器檢測方面，對(duì)于金(jīn)屬壓力容器，聲發射手段已應用(yòng)很(hěn)廣、也(yě)很(hěn)成熟，有關這(zhè)方面的檢測規範及标準也(yě)已非常完美(měi)和(hé)可靠。對(duì)于複合材料壓力容器的檢測正是基于金(jīn)屬壓力容器檢測基礎及複合材料A研究基礎上(shàng)開(kāi)展起來(lái)的。如前所述，由于複合材料在損傷過程中其A特征非常明(míng)顯，使用(yòng)聲發射對(duì)複合材料壓力容器的檢測非常有效，同時(shí)由于複合材料不同于金(jīn)屬材料，它本身是各向異性、非線性，以及幾種破壞形式的複雜(zá)性、不連續性，其缺陷檢測及安全評估方面又有很(hěn)大(dà)的特殊性。
其二，作(zuò)爲現(xiàn)代處理(lǐ)技術的神經網絡及模态識别技術應用(yòng)到(dào)聲發射研究，在傳統的聲發射研究中開(kāi)辟了(le)一個新領域，也(yě)給複雜(zá)條件下(xià)複雜(zá)結構的複合材料研究提供了(le)新的可靠手段。由于複合材料損傷，不但(dàn)聲發射特征明(míng)顯，而且聲發射信号非常豐富和(hé)複雜(zá)。神經網絡分析技術給解決這(zhè)些(xiē)複雜(zá)問題提供了(le)新的手段。
其三，聲發射技術與現(xiàn)代斷裂力學、損傷力學的結合将給複合材料構件的損傷容限設計(jì)提供依據，而且将更有效地揭示複合材料的損傷破壞機理(lǐ)和(hé)壽命規律。
總之，聲發射技術将是複合材料研究領域中不可多得的有生力量。