应力波应用速览_应力波

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　　摘要：本文对应力波的应用领域进行了概括，对应力波知识的普及具有一定意义。　　关键词：应力波；应用；技术　　中图分类号：TU文献标识码：A文章编号：1673-9671-(2012)042-0109-01
　　当外力作用于可变形的固体表面时，受外力直接作用的表面部分的介质质点偏离了初始位置，由于这部分介质质点与相邻介质质点间发生相对位移，将受到相邻介质质点所产生的阻力，同时相邻介质质点也受到反作用力，因而它们也离开初始位置而运动起来，又由于介质质点具有惯性，相邻介质质点的运动将相对滞后，外力在介质表面所引起的运动就在介质中逐渐由近及远传播出去而形成应力波。由于应力波能在物质中传播，且能对物质产生拉伸和压缩作用，因此在各种工程技术领域和科学技术研究中存在广泛的应用。
　　1在地震研究和能源勘探方面的应用
　　地震波作为人们所熟知的应力波，在地震研究中得到了广泛的应用。通过天文时纬残差异常、地下深部物质视电阻率变化和前兆性地倾斜变化等观测事实已经证明：在地震前由于板块之间发生强烈的相互作用，会引发底层介质密度缓慢的正负变化，这种变化会以挤压或拉伸的方式在地层介质中传播，进而形成一种超低频的密度—应力波。因而可以通过对这种超低频的密度—应力波进行观测来实现一定的地震预测目的。在地震发生后，由于地震观测站距离震源的远近不同，因此可以根据地震波传播到观测站的时间差，迅速计算出震源和震中的位置，为以最快的速度作好灾后救援工作，进一步减少不必要的损失奠定了基础。
　　在石油勘探中，当钻穿油气层时，就会有大量的可燃气体混入钻井液中，形成混相介质。可以通过应力波的方法对含气钻井液的声学参数进行测量，实时监测钻井液中的含气量，进而了解地下地质情况，及时发现油气层，避免油气资源的浪费。天然气水合物作为一种重要的新型能源，受到了国内外的高度关注。在对其进行调查的技术手段中，与应力波相关的主要方法和技术包括：地震勘探技术、声波测井技术和海底地貌声纳探测技术。这些技术作为勘探和开发天然气水合物的一种有效手段，为维持海底的稳定性具有重要的意义。
　　2在管道检漏、木材检测和基桩动测方面的应用
　　管道输送作为方便、可靠的物质运输方式，被广泛的应用在石油、天然气等能源输送中。由于管道随使用年限的增长会老化、磨损，不可避免地会产生泄漏事故。由于在石油、天然气传输过程中管道内存在较高的压力，因此在管道泄漏点会产生应力波向管道两段传播。基于这一事实，就可以在管道首末两端设置传感器，根据传感器所检测到的时间差实现泄漏点定位。
　　木材的力学性能和物理结构直接影响木材中应力波传播的动态过程。通过对木材进行适当的无损撞击，在其内部产生应力波的传播，由于应力波的传播速度与木材的弹性模量、密度及泊松比等物理性质有关，且应力波在传播过程中遇到裂纹、断层和空洞等不连续界面时会发生反射、透射和散射等现象，因此可以通过对应力波波速及幅值的测量，最终确定木材的力学强度及内部缺陷情况。
　　基桩动测技术是一项复杂的工程技术，但由于打桩是应力波的传播过程，因此在以一维应力波方程描述的基础上，涌现出了基桩动测的高应变法、低应变法和声波透射法等技术。应用这些方法可以对桩身应力、基桩完整性、单桩承载力和可打性进行有效的分析，为建设工程中的质量评估问题提供了有力的依据。
　　3在医学检查方面的应用
　　超声波作为一种特殊的应力波在医学上有突出的应用。B超作为医学上人体内脏器官的检查仪器被人们所熟知。B超在医学检查时，由发射电路发射超声波脉冲，经B超前端的波束合成器合成后，通过探头加载到人体上，超声波在人体内传播、反射后，由探头接收回波信号，通过B超后端根据应力波传播理论对信号进行扫描变换，最后将所成的二维图像在显示器输出。B超在医学检查中所具有的无伤害、低成本等特点，使其在医学检查方面得到了广泛的应用。
　　4在材料参数测量方面的应用
　　材料在动态加载下力学参数的测量也充分利用了应力波的理论。材料动态加载下测量力学参数的常用方法有Hopkinson杆加载技术、高压气体炮加载技术和化爆高压加载技术等，但其理论依据都与应力波理论紧密相关。在Hopkinson杆加载技术中，通过测量入射波、反射波及透射波的相关信息即可确定材料在动态加载下的材料参数；在高压气体炮加载技术和化爆高压加载技术中，通过应力波理论可以估计出入射飞片的极限速度，在对飞片的击靶速度和靶板中的冲击波速度进行精确测量后，即可计算出靶板材料的力学参数。通过材料的动态参数，就可以对材料在极端条件下的力学响应做出合理的预测。
　　5在武器装备方面的应用
　　应力波在军事装备上也得到了充分的利用。破甲弹作为一种武器，在上世纪中曾被不少军队装备。破甲弹爆炸所产生的冲击波在装甲上由外向内传播，在冲击波传播到内表面时，在自由面反射一个拉伸波，当拉应力超过材料的承拉强度时，装甲材料发生层裂并从内表面剥离，以较高的速度击伤或击毙装甲目标内的人员，从而达到消灭有生力量的目的。激光武器在现代武器装备中有着极其重要的作用。激光武器在作用到目标物时，一方面通过其所具有的高密度能量对目标物造成杀伤，另一方面通过其在目标物上所形成的烧蚀面上产生的冲击波加载到目标物内，从而对目标物的内部结构造成不可逆转的毁伤，达到使目标失去作战性能的目的。
　　本文对应力波在生产、生活中应用的一些主要方面进行了论述。随着理论研究的不断深入和科学技术的不断进步，应力波的应用前景会变得更加广阔。
　　
　　
　　参考文献
　　[1]王礼立.应力波基础[M].国防工业出版社,2005.
　　[2]赵复垣,张国栋,韩延本.一种震前超低频密度—应力波[J].国际地震动态,2007,12.
　　[3]王东,张海澜,王秀明,林伟军.天然气水合物的声学探测进展[J].2005,2.
　　[4]韩亮.基桩动力试验技术最新进展及发展方向[J].四川理工学院学报,2010,4.
　　作者简介
　　姜伟（1986—），男，汉族，硕士，国防科技大学理学院学员三队
　　学员。

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