激励-接收点布局对木棒超声导波信号特征的影响

摘要

【目的】工程木柱作为建筑结构中的关键承重构件，其缺陷会直接影响结构的安全性与耐久性。然而，传统的无损检测方法在检测效率和操作空间方面存在明显局限性，难以满足工程木柱检测的实际需求。目前，工程木柱无损检测中，超声导波激励与接收布点缺乏系统的理论支撑，这限制了超声导波技术在工程木柱检测中的有效应用。因此，亟需深入研究超声导波在工程木柱中的传播特性，以优化激励与接收布点方案。本研究拟通过探明超声导波在木柱中的传播特性，为工程木柱无损检测的激励-接收布点方案提供科学依据。【方法】首先通过理论分析总结实心圆柱体内超声导波的传播模态，随后搭建超声导波检测平台，以樟子松木棒为试件，开展侧面单点、侧面多点及端面激励3类试验，系统考察激励-接收点布局对信号特征的影响。【结果】（1）无论侧面还是端面激励，木棒内都会同时产生弯曲模态波（F波）和纵向模态波（L波），只是两者占据的主导地位不同；侧面激励以F波为主，端面激励以L波为主。因此，可依据目标模态的检测需求，合理选择激励位置。（2）侧面单点激励时，激励点与接收点的间距越大，F波与L波区分越明显。因此，检测时应将激励与接收装置布设于棒体两端，或尽可能拉开距离，以进一步放大模态分离效果。（3）侧面多点激励时，在同一横截面圆周上对称增加激励点数，可以增强L波，抑制F波，且抑制效果随点数增加而增强。因此，若需激发L波却无法在端面布设激励源，可在端面邻近侧面布置一周对称激励。（4）端面激励时，导波接收点在端面或其邻近侧面，测得的超声导波信号相似。因此，当端面激励但另一端面不便布设传感器时，可选择在另一端面邻近侧面进行接收。【结论】激励-接收点位置及其数量对木棒中超声导波的模态波组成及其幅值占比具有明显的影响，这一特征规律可直接指导工程木柱的超声导波检测布点设计，为后续的木材无损检测奠定方法基础。

关键词

无损检测 / 超声导波 / 木棒 / 激励-接收点布局 / 信号特征 / 导波模态