一、聲發(fā)射技術(shù)機(jī)理及特征
聲發(fā)射（Acousticemission簡(jiǎn)稱AE）又稱應(yīng)力波發(fā)射，是材料或零部件受力作用產(chǎn)生變形、斷裂，或內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)屈服極限ss而進(jìn)入不可逆的塑性變形階段，以瞬態(tài)彈性波形式釋放應(yīng)變能的現(xiàn)象。
在外部條件作用下，固體（材料或零部件）的缺陷或潛在缺陷改變狀態(tài)而自動(dòng)發(fā)出瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象亦為聲發(fā)射。通常意義上的聲發(fā)射源，一般是指材料受力的作用所產(chǎn)生的各種變形和斷裂機(jī)制，例如：金屬材料中的裂縫擴(kuò)展、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、滑移帶的形成、李生變形、晶界滑移、夾雜物的分離與開(kāi)裂；復(fù)合材料中的基體開(kāi)裂、層間分離、纖維和基體間界面分離和纖維斷裂等，這些無(wú)損檢測(cè)的主要對(duì)象，都是重要的聲發(fā)射源。
聲發(fā)射波的頻率范圍很寬，從次聲頻、聲頻直到超聲頻。它的幅度動(dòng)態(tài)范圍亦很廣，從微弱的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)直到強(qiáng)烈的地震波。然而，聲發(fā)射作為無(wú)損檢測(cè)與無(wú)損評(píng)價(jià)手段，則是采用高靈敏度傳感器，在材料或構(gòu)件受外力的作用，且又遠(yuǎn)在其達(dá)到破損以前，接收來(lái)自這些缺陷與損傷開(kāi)始出現(xiàn)或擴(kuò)展時(shí)所發(fā)射的聲發(fā)射信號(hào)，通過(guò)對(duì)這些信號(hào)的分析、處理來(lái)檢測(cè)、評(píng)估材料或構(gòu)件缺陷、損傷等內(nèi)部特征。從而，通討聲發(fā)射檢測(cè)，可以確定：[1]
1·材料或構(gòu)件何時(shí)出現(xiàn)損傷；2，材料或構(gòu)件出現(xiàn)損傷的部位
3·材料或構(gòu)件出現(xiàn)損傷的嚴(yán)重程度及其危害性，對(duì)構(gòu)件作出結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)。
作為一種新的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)與常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)：滲透、磁粉、渦流、射線、超聲檢測(cè)相比較具有兩個(gè)基本性的特點(diǎn)：？敏感于動(dòng)態(tài)缺陷，而不是靜態(tài)缺陷；即不像其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)只是在缺陷出現(xiàn)后，事后靜杰檢測(cè)時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，而是在缺陷萌生和擴(kuò)展過(guò)程中，即能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)。？聲發(fā)射波來(lái)自缺陷的本身而不是外部；從而可以得到有關(guān)缺陷的豐富的信息以及檢測(cè)的高靈敏度與高分辨率。
以上兩大特點(diǎn)導(dǎo)致該項(xiàng)技術(shù)具有了以下不同于常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：
1）可獲得關(guān)于缺陷的動(dòng)態(tài)信息，并據(jù)以評(píng)價(jià)缺陷的實(shí)際危害程度，以及結(jié)構(gòu)的整體性和預(yù)期使用壽命；
）對(duì)大型構(gòu)件，不需要移動(dòng)傳感器做繁雜的掃查操作，只要布置好足夠數(shù)量的傳感器，經(jīng)一次加載或試驗(yàn)過(guò)程，即可大面積檢測(cè)確定缺陷的位置和監(jiān)視缺陷的活動(dòng)情況，操作簡(jiǎn)便，省工、省時(shí)；
3）可提供隨載荷、時(shí)間、溫度等處施變量而變化的實(shí)時(shí)瞬態(tài)或連續(xù)信息，因而適用于過(guò)程監(jiān)控，以及早期或臨近破不的預(yù)報(bào)；

4）對(duì)被檢工件的接近要求不高，因而適用于其它無(wú)損檢測(cè)方法難以或不能接近的，如高低溫、核輻射、易燃、易和極毒等環(huán)境下的檢測(cè)；
5）對(duì)構(gòu)件的幾何形狀不敏感，適于檢測(cè)其他方法所不能檢測(cè)的形狀復(fù)雜的構(gòu)件；
6）幾乎所有材料在變形和斷裂時(shí)均產(chǎn)生聲發(fā)射，適用范圍廣。
二、聲發(fā)射技術(shù)在復(fù)合材料領(lǐng)域中的應(yīng)用
復(fù)合材料是一種多相材料，由兩種或多種性質(zhì)不同的材料組成，其主要組分是增強(qiáng)材料和基體材料，基本的結(jié)構(gòu)式是層壓件和纏繞件。
復(fù)合材料因高的比強(qiáng)度和比模量以及良好的抗疲勞性和成形工藝性，而在航空、航天、造船、建筑、橋梁等工業(yè)言門(mén)得到了大量的應(yīng)用，并在壓力容器、管道，以及某些關(guān)鍵部位代替金屬材料。但是，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有導(dǎo)電性差、熱傳導(dǎo)率低、聲衰減高等特點(diǎn)，在機(jī)械和物理性能方面呈顯著的各向異性，這使得它對(duì)無(wú)損檢測(cè)的波傳播所起的個(gè)用與金屬材料迥異，因而，其無(wú)損檢測(cè)也與金屬材料顯然不同。
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)由于制造工藝的特殊性，許多工藝參數(shù)的微小差異會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生諸多缺陷，使產(chǎn)品質(zhì)量呈現(xiàn)明顯的散性。這些缺陷嚴(yán)重地影響構(gòu)件的機(jī)械性能、結(jié)構(gòu)完整性和使用壽命。
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)缺陷的類(lèi)型繁多，但大致可以分為兩大類(lèi)：
1）通常表現(xiàn)為損害構(gòu)件的機(jī)械性能和物理性能的有：氣孔、夾雜、分層、纖維斷裂或不平直、纖維與基體的比值7正確、纖維和基體的結(jié)合狀況不佳、基體疏柱、基體裂縫、基體固化狀態(tài)不良等；
2）通常表現(xiàn)為損害構(gòu)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(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷等。面對(duì)上述種類(lèi)繁多的缺陷，迄今，還沒(méi)有一種無(wú)損檢測(cè)方法可以檢測(cè)各種復(fù)合材料構(gòu)件的所有缺陷。在實(shí)際應(yīng)用中，往往需根據(jù)復(fù)合材料構(gòu)件的形狀、類(lèi)型、使用要求，要求檢測(cè)的缺陷類(lèi)型、大小、位置、取向及檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)能力等因素，選用幾種不同的方法互相補(bǔ)充。
然而，我們對(duì)每一復(fù)合材料構(gòu)件無(wú)損檢測(cè)的目標(biāo)是在于：檢測(cè)它的結(jié)構(gòu)的完整性、強(qiáng)度和承載能力，評(píng)估它的使F壽命和使用安全性。
由于復(fù)合材料構(gòu)件不同于金屬構(gòu)件的特殊性，且對(duì)它的破壞機(jī)理還缺乏系統(tǒng)的了解，因而對(duì)它的主要缺陷類(lèi)型仍是眾說(shuō)紛紜，還不能用一、兩種主要類(lèi)型的缺陷來(lái)決定其使用性能，評(píng)估預(yù)期壽命。例如，高性能的金屬結(jié)構(gòu)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，是用不包含所不希望存在的缺陷的材料制成的。在使用中，破損往往起源于裂縫開(kāi)始擴(kuò)展為可辨認(rèn)的缺陷的時(shí)候，而且發(fā)生于裂縫繼續(xù)擴(kuò)展以后。所以，在大多數(shù)金屬結(jié)構(gòu)中，我們所查找的基本缺陷是裂逢，一旦用無(wú)損檢測(cè)方法確定了有缺陷的結(jié)構(gòu)，就可以利用斷裂力學(xué)的基本概念，計(jì)算出使用條件下金屬構(gòu)件的預(yù)期壽命。

正如上文所述，復(fù)合材料至今尚不能以少數(shù)的幾種類(lèi)型缺陷確定為損傷起源的主要缺陷。
大量實(shí)驗(yàn)證明：有些具有明顯宏觀缺陷的架件，加載試驗(yàn)到破壞，其疲勞壽命不一定就短；相反，有些無(wú)明顯宏刃缺陷的構(gòu)件，若隱含有常規(guī)無(wú)損檢測(cè)難以檢出的、基體微裂紋等缺陷，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其所具有的疲芳?jí)勖鼊t遠(yuǎn)短于正常構(gòu)件。
由于聲發(fā)射對(duì)缺陷起始和擴(kuò)展的特有的敏感性，以及其所具有動(dòng)態(tài)檢測(cè)強(qiáng)度和評(píng)估使用壽命的獨(dú)特功能，從而近年來(lái)，復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)已經(jīng)把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到，利用聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)材料與構(gòu)件的缺陷（包括微觀缺陷）與損傷的萌生與擴(kuò)展，并據(jù)以評(píng)估缺陷的危害程度，測(cè)定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、整體性和預(yù)期使用壽命。對(duì)復(fù)合材料的發(fā)展而言，聲發(fā)射技術(shù)不僅僅是內(nèi)部缺陷和損傷的無(wú)損檢測(cè)手段，且已成為材料性能（包括斷裂性能和力學(xué)性能等）研究、強(qiáng)度檢測(cè)與用壽命評(píng)估的必不可少的方法。
聲發(fā)射技術(shù)作為一種檢測(cè)技術(shù)起步于50年代初的德國(guó)，60年代，該項(xiàng)技術(shù)在美國(guó)原子能和宇航技術(shù)中迅速興起，產(chǎn)在玻璃鋼固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的檢測(cè)方面出現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的首例[2]，70年代，在日、歐及我國(guó)相繼得到發(fā)展，但因當(dāng)時(shí)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)所限，僅只獲得有限的成功。80年代，聲發(fā)射技術(shù)開(kāi)始獲得較為正確的評(píng)價(jià)，并獲得迅速發(fā)展，已在金屬和玩璃鋼壓力容器、儲(chǔ)罐、管道等重要領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)化階段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)先進(jìn)聲發(fā)射設(shè)備研制公司在聲發(fā)射技術(shù)軟，硬件方面的一些重大技術(shù)突破，以及新的數(shù)字化聲發(fā)射系統(tǒng)和相應(yīng)的商業(yè)化實(shí)用軟件包的推出，已能獲得復(fù)合材料缺陷與損傷，在其萌生和發(fā)展中，甚為豐富的和極其活躍的信息，使聲發(fā)射技才成為在復(fù)合材料等先進(jìn)的、新型材料研究和生產(chǎn)中不可替代的動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。
聲發(fā)射技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用大致可分如下幾個(gè)方面：在復(fù)合材料性能研究方面的應(yīng)用
在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)方面的應(yīng)用；在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造過(guò)程監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用。

三、在復(fù)合材料性能研究方面的應(yīng)用
復(fù)合材料與傳統(tǒng)的金屬材料相比，在航空航天以及軍用和民用領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用的最重要因素是其強(qiáng)度高、重量輕、機(jī)械性能優(yōu)越，而這些卓越性能則來(lái)自于復(fù)合材料中各構(gòu)成成份本身的優(yōu)越性能和合理搭配。對(duì)于復(fù)合材料的強(qiáng)度、韌性方面的研究，離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)手段，而聲發(fā)射技術(shù)在這些實(shí)驗(yàn)研究中扮演極其重要角色。復(fù)合材料的損傷形式很復(fù)雜，大致可分纖維斷裂，基體開(kāi)裂、脫粘、分層等幾種主要形式，每種損傷形式對(duì)復(fù)合材料的整體性能都有不同程度的影響和作用，所以對(duì)于復(fù)合材料性能的研究離不開(kāi)對(duì)這些損傷形式的研究。實(shí)際上，由于復(fù)合材料本身的復(fù)雜性，使得關(guān)于復(fù)合材料破壞機(jī)理方面的研究一直處于探索階段，許多問(wèn)題還沒(méi)有被人們所揭示。多年來(lái)人們采用了各種手段從事這些方面的研究，但這些手段都很困難且都有很大局限性。
大量研究表明，盡管復(fù)合材料的幾種損傷形式都有各自不同的復(fù)雜性，但幾乎都有一個(gè)共同特點(diǎn)，那就是這些損傷缺陷發(fā)生和發(fā)展時(shí)都有很明顯的聲發(fā)射特征，而且聲發(fā)射手段對(duì)于這些損傷過(guò)程的分析都非常及時(shí)和有效，所以聲發(fā)射技術(shù)是復(fù)合材料破壞機(jī)理研究及強(qiáng)度性能研究的最有效手段之一。在這方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們進(jìn)行了大量研究實(shí)踐，取得了許多可貴的成果。
在復(fù)合材料的聲發(fā)射特征中，振鈴計(jì)數(shù)、幅度、持續(xù)時(shí)間、恒載聲發(fā)射延續(xù)時(shí)間、Felicity比是區(qū)別復(fù)合材料構(gòu)件各損傷階段、損傷類(lèi)型、力學(xué)特性的主要參數(shù)。
國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)對(duì)Sic纖維鋁基復(fù)合材料聲發(fā)射研究發(fā)現(xiàn)用A技術(shù)能準(zhǔn)確測(cè)定單纖維金屬基復(fù)合材料中纖維斷枝數(shù)和纖維斷枝的平均長(zhǎng)度，由此能測(cè)定Sic纖維的斷裂強(qiáng)度和纖維與鋁基體間的界面強(qiáng)度[5]。
J.G.BAKVCKAS等人通過(guò)對(duì)鈦基復(fù)合材料損傷過(guò)程的聲發(fā)射研究，也揭示了幾種主要的損傷形式發(fā)生時(shí)所對(duì)應(yīng)的E事件幅度的關(guān)系。
ThomasM.Ely等人對(duì)石墨環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料縱向開(kāi)裂與纖維斷裂的聲發(fā)射特征研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)縱向開(kāi)裂
（Longitudinal splitting）對(duì)應(yīng)的E特征為低幅度、短持續(xù)時(shí)間、低計(jì)數(shù)和低能量；而高幅值、長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間、高計(jì)數(shù)及高能量的E信號(hào)則來(lái)自于纖維斷裂[7]。
TYI-JIINLUO等通過(guò)陶瓷基復(fù)合材料縱向拉伸試驗(yàn)的深入研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：在應(yīng)力水平超過(guò)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的比例極限時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)基體裂紋并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)組信號(hào)；在比例極限與應(yīng)變硬化階段前的非線性階段，AE計(jì)數(shù)與相應(yīng)應(yīng)變值呈非常明顯的線性關(guān)系；在應(yīng)變硬化開(kāi)始點(diǎn)，基體裂紋及對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的E信號(hào)達(dá)到飽和；在此后開(kāi)始出現(xiàn)中等水平的E信號(hào)及對(duì)應(yīng)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信號(hào)以穩(wěn)定的數(shù)率連續(xù)減少[8]。
總之，膽技術(shù)在復(fù)含材料性能研究方面起了十分重要作用，也取得許多突破性的進(jìn)展，但這方面的許多工作還處于探索之中。

四、在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)方面的應(yīng)用
由于復(fù)合材料強(qiáng)度高、重量輕的特點(diǎn)，近年來(lái)，被廣泛用于壓力容器、管道、飛機(jī)及航天器的某些部件上，聲發(fā)射技術(shù)對(duì)這些受力結(jié)構(gòu)的完整性檢測(cè)和安全壽命評(píng)估提供了可靠方法。
對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)，其它常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法，像超聲、射線、渦流等手段對(duì)某些復(fù)雜缺陷或微小缺陷諸如基體微裂紋、纖維/基體脫粘及單束纖維裂紋等很難發(fā)現(xiàn)，且很難做到動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而只有聲發(fā)射手段能動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)這些缺陷?，F(xiàn)代聲發(fā)射技術(shù)的全波形聲發(fā)射技術(shù)不但能定性發(fā)現(xiàn)上述缺陷，而且通過(guò)多參數(shù)分析、相關(guān)分析等方法，尤其基于瞬態(tài)波形記錄的FFT分析手段更能對(duì)上述缺陷進(jìn)行定量識(shí)別。
聲發(fā)射用于壓力容器檢測(cè)方面，對(duì)于金屬壓力容器，聲發(fā)射手段已應(yīng)用很廣、也很成熟，有關(guān)這方面的檢測(cè)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)也已非常完美和可靠。對(duì)于復(fù)合材料壓力容器的檢測(cè)正是基于金屬壓力容器檢測(cè)基礎(chǔ)及復(fù)合材料A研究基礎(chǔ)上開(kāi)展起來(lái)的。如前所述，由于復(fù)合材料在損傷過(guò)程中其A特征非常明顯，使用聲發(fā)射對(duì)復(fù)合材料壓力容器的檢測(cè)非常有效，同時(shí)由于復(fù)合材料不同于金屬材料，它本身是各向異性、非線性，以及幾種破壞形式的復(fù)雜性、不連續(xù)性，其缺陷檢測(cè)及安全評(píng)估方面又有很大的特殊性。
其二，作為現(xiàn)代處理技術(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模態(tài)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到聲發(fā)射研究，在傳統(tǒng)的聲發(fā)射研究中開(kāi)辟了一個(gè)新領(lǐng)域，也給復(fù)雜條件下復(fù)雜結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料研究提供了新的可靠手段。由于復(fù)合材料損傷，不但聲發(fā)射特征明顯，而且聲發(fā)射信號(hào)非常豐富和復(fù)雜。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)給解決這些復(fù)雜問(wèn)題提供了新的手段。
其三，聲發(fā)射技術(shù)與現(xiàn)代斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)的結(jié)合將給復(fù)合材料構(gòu)件的損傷容限設(shè)計(jì)提供依據(jù)，而且將更有效地揭示復(fù)合材料的損傷破壞機(jī)理和壽命規(guī)律。
總之，聲發(fā)射技術(shù)將是復(fù)合材料研究領(lǐng)域中不可多得的有生力量。