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试谈导波基于超声导波金属杆围堰系统质量检测技术

收藏本文 2024-03-09 点赞:12520 浏览:47983 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:目前围堰金属缓冲杆质量的检测策略主要是拉拔法和取岩芯法,但是这两种策略都属于有损检测,已不能满足工程实践的要求。本论文通过浅析超声导波在围堰系统中的传播特性,运用论述计算、有限元模拟仿真以及试验相结合的策略,探讨了基于超声导波检测技术的金属杆围堰系统的粘结质量。文中阐述了导波的形成理由、导波的相速度、群速度、频散曲线和截止频率;论述了导波的频散性和多模态特性,提出了选用模态单一的且频散性较弱的超声导波对结构进行无损检测为最佳的观点。文中推导出自由金属杆和围堰金属杆的论述模型,给出了顶端自由和底端自由、固定三种不同边界条件下的动态响应方程,并进行了有限元仿真,表明论述模型很好地解释了超声导波在金属杆和围堰金属杆中的传播机理和规律。在超声导波论述的基础上,浅析了影响围堰金属杆检测的因素及围堰金属杆粘结质量的影响因素。对不同粘结面积的围堰金属杆进行了高低频仿真,低频部分有着频率75KHz时可清晰识别出固定端上界面反射波以而计算出有效粘结长度;高频部分有着频率2MHz时可清晰识别出底端反射波以而计算出全长衰减系数,根据该系数可以量化围堰金属杆的粘结质量。基于金属杆的内阻尼使材料具有蠕变和松弛行为的现象,浅析了自由金属杆内阻尼与超声导波振幅衰减之间的联系,内阻尼越大振幅衰减越大;浅析了围堰金属杆粘结段内阻尼大小与围堰金属杆粘结的好坏程度,内阻尼越大粘结越好且超声导波振幅衰减越大。得出了在低频范围内,内阻尼是导致超声导波在围堰金属杆中传播时能量衰减的主要理由。浅析了以水泥砂浆为粘结介质的围堰金属杆中,特定频率的L(0,1)和L(0,2)导波在杆截面的轴向、径向位移,轴向能量流分布情况以及衰减情况;浅析了以树脂为粘结介质的围堰金属杆中,特定频率的L(0,1)导波在杆截面的轴向、径向位移,轴向能量流分布情况以及衰减情况。得出了特定频率的导波对围堰金属杆的表面缺陷和内部缺陷是敏感的。浅析了超声导波在围堰交界面处的传播机理,浅析了超声导速减小与时域响应波形曲线增宽的理由,提出了围堰交界面处主要由界面波与Love波耦合而成的耦合波群(低频脉冲)传播的思想。根据同一频率超声导波在自由金属杆与围堰金属杆中传播时的衰减幅度差,定性地浅析了围堰金属杆的粘结质量;提出了利用固段上界面反射回波与激励波的时间差变化确定以树脂为粘结介质的围堰金属杆作用载荷的策略;提出了通过测试围堰金属杆底端反射回波和固段上界面反射回波的时间差的变化确定以水泥砂浆为粘结介质的围堰金属杆粘结密实度的策略;提出了通过脱粘缺陷反射回波的时间和最优检测频率的纵向导波在围堰金属杆中的传播速度能够对杆体脱粘缺陷进行定位;验证了伴随混凝土凝固期增加,金属杆围堰系统上界面反射波的幅值增大,反映了围堰金属杆的粘结质量逐渐变好,提出了通过上界面反射波的幅值大小能够对杆的粘结质量进行判断和评价。现场检测表明,质量检测仪能比较准确的采集到超声导波在围堰系统上界面反射回波,能够测出围堰金属杆的有效粘结长度。根据介质的粘结强度,能够得到围堰金属杆的固化握力,体现质量检测的有效性与可行性。关键词:超声导波论文反射回波论文围堰金属杆论文有限元仿真论文传播特性论文衰减特性论文

    摘要5-7

    Abstract7-12

    1 绪论12-21

    1.1 课题探讨的背景、目的和作用12-13

    1.2 国内外金属杆围堰系统超声导波检测技术的探讨进展13-19

    1.2.1 国外金属杆围堰系统质量检测技术的探讨进展14-16

    1.2.2 国内围堰系统质量检测技术的探讨进展16-19

    1.3 论文的主要探讨内容和结构安排19-21

    1.3.1 论文的主要探讨内容19-20

    1.3.2 论文的结构安排20-21

    2 超声导波的基本论述21-31

    2.1 导波21

    2.2 超声导波21-22

    2.3 相速度与群速度22-25

    2.3.1 截止频率25

    2.4 频散现象和多模态特性25-27

    2.5 杆中的导波27-30

    2.5.1 纵向传播模态28-29

    2.5.2 扭转传播模态29-30

    2.5.3 弯曲传播模态30

    2.6 小结30-31

    3 金属杆围堰系统的模型31-64

    3.1 自由金属杆力学模型31-38

    3.1.1 模型建立31

    3.1.2 波动方程的建立31-33

    3.1.3 波动方程求解33-38

    3.2 底端固定金属杆力学模型38-40

    3.2.1 模型建立38-39

    3.2.2 波动方程39-40

    3.3 底端固定局部围堰金属杆力学模型40-46

    3.3.1 模型建立40-41

    3.3.2 波动方程41

    3.3.3 波动方程求解41-46

    3.4 底端自由局部围堰金属杆力学模型46-48

    3.5 模型浅析结果48-53

    3.5.1 加速度时域响应曲线48-49

    3.5.2 圆波数v_n曲线49-50

    3.5.3 根的个数n和阻尼系数τ的曲线50-53

    3.6 全部围堰金属杆的力学模型53-60

    3.6.1 模型建立53-54

    3.6.2 动态响应54-59

    3.6.3 动态响应浅析59-60

    3.7 仿真和论述的比较60-62

    3.8 小结62-64

    4 围堰系统金属杆中的超声导波64-101

    4.1 自由金属杆中超声导波的频散方程64-65

    4.2 局部围堰金属杆中超声导波的频散方程65-70

    4.2.1 金属杆围堰系统的模型65-66

    4.2.2 围堰系统的频散方程66-68

    4.2.3 导波传播特性浅析68-70

    4.3 金属杆超声导波检测的特点70-72

    4.4 局部围堰金属杆超声导波检测的特点72-73

    4.5 围堰系统金属杆超声导波检测仿真浅析73-84

    4.5.1 仿真模型73

    4.5.2 激励波的选择73-74

    4.5.3 加速度响应浅析74-77

    4.5.4 群速度的计算77-78

    4.5.5 局部围堰金属杆底端反射波的识别78-84

    4.6 金属杆围堰系统超声导波检测的影响因素84-96

    4.6.1 首波宽度的影响84-85

    4.6.2 激励波直径的影响85-86

    4.6.3 粘结材料的影响86-90

    4.6.4 围堰层厚度的影响90-95

    4.6.5 有限元网格划分的影响95-96

    4.7 围堰金属杆粘结质量的影响因素96-100

    4.7.1 粘结材料的影响98-99

    4.7.2 围堰层厚度的影响99-100

    4.8 小结100-101

    5 超声导波在围堰金属杆中的传播机理101-120

    5.1 超声导波在自由金属杆中的传播101-106

    5.1.1 仿真浅析101-103

    5.1.2 导波型态浅析103-105

    5.1.3 导波的衰减浅析105-106

    5.2 超声导波在围堰金属杆中的传播106-112

    5.2.1 粘结层为水泥砂浆的围堰金属杆107-110

    5.2.2 粘结层为树脂的围堰金属杆110-112

    5.3 超声导波在围堰与金属杆交界面处的传播112-118

    5.3.1 分段围堰模型的建立116

    5.3.2 金属杆分段围堰情形下超声导波在杆中的传播116-117

    5.3.3 超声导波在金属杆分段围堰交界面处的传播117-118

    5.4 小结118-120

    6 金属杆围堰系统超声导波检测的试验浅析120-148

    6.1 试验目的120

    6.2 试验模型120-121

    6.3 试验框图与设备121-122

    6.4 试验中应注意的不足122-124

    6.5 试验浅析124-142

    6.5.1 围堰金属杆在不同粘结强度下的检测试验130-132

    6.5.2 超声导波在围堰段上界面反射的试验132-133

    6.5.3 围堰金属杆工作载荷纵向超声导波检测试验133-135

    6.5.4 水泥砂浆围堰金属杆低频超声纵向导波检测试验135-138

    6.5.5 水泥砂浆围堰金属杆高频超声纵向导波检测试验138-142

    6.6 现场检测及浅析142-146

    6.6.1 现场介绍142-143

    6.6.2 加速度响应浅析143-146

    6.7 小结146-148

    7 总结与展望148-152

    7.1 总结148-150

    7.2 革新点150-151

    7.3 展望151-152

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