结构健康的安全性一直倍受重视,声发射源的产生例如外物的撞击、裂缝的生成、基体的失效等预示着结构健康受到威胁,这类声学事件会导致结构的性能降低,甚至带来安全隐患,尤其对于易受外物撞击以及进入老龄和维护期的大型工程结构(桥梁、建筑、道路、大型器械等)。准确预测这些声发射源的位置可以有效减少甚至避免结构健康损伤带来的伤害。声发射技术对活动性缺陷敏感,可对大型结构快速整体检测,在设备运行状态监测、生产安全预警方面具有重大的现实价值,广泛应用在石油化工、航天航空、材料实验和交通运输等领域,是一种使用普遍的无损检测方法。声发射源定位是声发射检测的重要环节,通过传感器获取的结构响应定位损伤源是结构健康监测的关键部分,同时是损伤评估和修复的必要准备。二维平面结构、三维立体结构的声发射源定位方法由于用途广泛一直以来都是国内外学者的研究重点。近年来随着具有各向异性或异质性新型材料的普及,增加了这类结构的声发射源定位难度,原有的声发射方法与检测技术很难准确快速地给出定位,发展相关的适用于各向异性或异质状况的声发射源快速定位方法势在必行。为此,本论文对声发射源定位技术中的重点、难点进深入研究并提出解决方法,主要研究工作及创新点如下:(一)基于新三角时差法开展二维均匀结构的声发射源定位方法研究。新三角时差定位法通过超声波传感器接收的时差信息和空间信息定位声发射源位置,是一种快速准确的定位方法。本文基于新三角时差法开展声发射源定位方法研究。针对传统二维声发射源定位方法中传感器数量较多、所需空间较大、需要提前知道速度分布、受材料各向异性限制、需要解复杂非线性方程等严重制约声发射源定位技术发展的问题,在新三角时差定位法的“L”型传感器簇基础上提出“Z”型传感器簇定位方法和正方型传感器簇定位方法,通过测量信号到达传感器的时间差和传感器的几何位置信息,实现快速定位,降低定位成本,扩大适用范围。本文在理论研究的基础上搭建二维声发射源定位实验系统,对各向异性二维平面结构进行声发射源定位实验,同时建立有限元模型进行数值模拟,验证二维均匀结构定位方法,同时为后文更为复杂的声发射源定位实验和仿真提供有价值的参考。(二)在均匀二维平面结构基础上,对二维异质结构开展声发射源定位研究。具有异质性的二维新型结构在工业生产方面表现出极大的前景,但传统二维定位方法大多只适用于均匀结构,声波沿直线传播的假设常常导致异质结构的声发射源定位失误,大大限制了结构声发射诊断和健康监测的推广。本文从理想化的二维分层异质结构入手,深入研究声发射波传播特性,发现异质界面使声波路径不再是直线,根据折射定律,基于新三角时差法,创新性提出二维异质结构的声发射源定位方法。利用传感器接收到的时差信息、传感器的位置信息和异质界面的位置重建声波传播路径,从而定位声发射源位置。对于已知材料特性的非均匀结构,可以通过最少6个超声波传感器实现声发射源定位。对于材料特性未知的异质结构,在每一层不同介质内设置一组传感器簇,在定位声源的同时求出各层介质内的声波速度。新方法无需解非线性方程组实现快速定位声发射源,且不受材料各向异性的限制。考虑折射的新技术能够更加准确的定位二维异质结构中的声发射源,通过与传统平均速度定位方法的实验对比验证了新方法的准确性,大大提高了声发射源定位方法的应用范围。在理论创新的基础上搭建二维非均匀结构声发射源定位平台,并对双层二维异质结构进行实验验证,同时通过有限元对更复杂的三层二维异质结构进行数值仿真,验证新技术。研究为复杂异质结构的声发射源定位方法提供新的理论参考。(三)针对均匀三维立体结构开展声发射源定位方法研究。三维声发射源定位方法由于参数较多所以难度较大。目前大多数的定位方法需要解复杂的非线性方程组,严重依赖算法求解,大大限制了定位效率。本文基于新三角时差法创新性的提出一种直角四面体型传感器簇,通过四个等间距呈直角四面体的传感器簇确定声波来源方向,从而实现三维立体结构的声发射源定位方法。该方法无需解非线性方程,无需提前知道材料特性,不受材料各向异性限制,利用少量的传感器实现快速准确地定位声发射源。实验验证的同时建立三维有限元仿真模拟。该研究为三维声源定位方法提供了新视角。(四)基于均匀三维结构的声发射源定位方法,对三维异质结构进行扩展性研究。由多层介质构成的三维异质结构应用十分广泛。一些采用快速路径或最小能量路径的定位方法严重依赖于繁琐的计算或网格划分,大大拖慢了定位速度。本文基于直角四面体型传感器簇,在考虑声波经过异质交界面时会发生的折射现象,创新性的推导出三维异质结构的快速声发射源定位方法。新方法无需提前知道速度分布,不受材料各向异性影响,通过少量传感器实现快速线性求解。在异质界面位置已知的情况下,利用时差定位声发射源位置。通过有限元仿真对双层和三层的三维异质结构模型进行验证。该研究结果为优化定位速度和改善定位效率提供了重要且普适的参考。本文对于工业等领域的无损检测声发射定位方法进行研究,贡献传感器数量更少、快速线性计算、无需提前测知速度分布等优点的定位方法。同时,这些声发射源定位方法对于无损检测以外的其他领域也有宝贵的理论参考作用。