發(fā)布時間：2017-06-25 19:09

  本文關(guān)鍵詞：基于頻率波數(shù)域的混凝土結(jié)構(gòu)損傷快速逆時成像方法，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大型建筑設(shè)施中的混凝土結(jié)構(gòu)因設(shè)計和施工過程中的瑕疵及其在長期服役中受到外界載荷和環(huán)境影響等作用,極易產(chǎn)生各類損傷(如裂縫、孔隙、變形等),損傷的累積會導(dǎo)致整個混凝土結(jié)構(gòu)失效,甚至會導(dǎo)致災(zāi)難性事故的發(fā)生。時間逆轉(zhuǎn)(time-reversal)損傷成像方法具有定位準確、操作簡單的優(yōu)勢。該方法于1992年被Fink首次提出并已經(jīng)成功應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的損傷定量成像,但在混凝土超聲檢測中仍存在檢測效率低下、信噪比過低等諸多難題。針對何快速、準確地檢測混凝土結(jié)構(gòu)中損傷的挑戰(zhàn),本文旨在提高混凝土結(jié)構(gòu)超聲檢測的定位精度與計算效率,并基于時間逆轉(zhuǎn)技術(shù),結(jié)合頻率波數(shù)(frequency-wavenumber,f-k)域內(nèi)的互相關(guān)成像法,針對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的圓形損傷,從理論、仿真和實驗等方面對基于頻率波數(shù)域的逆時互相關(guān)成像方法進行研究,主要包括:首先,介紹了常規(guī)無損檢測方法以及混凝土結(jié)構(gòu)損傷的各種常規(guī)超聲檢測方法的優(yōu)缺點及其適用性,討論了超聲成像技術(shù)中時間逆轉(zhuǎn)成像法的發(fā)展趨勢、背景和意義,給本文研究指明了方向。第二,介紹了混凝土超聲檢測的背景知識包括混凝土結(jié)構(gòu)中的各類常見損傷,介紹了固體中各種波的存在形式,分析了固體中縱波的波動方程,討論了換能器的相關(guān)知識以及正、逆壓電效應(yīng),闡述了信號后處理的主要方法,為混凝土結(jié)構(gòu)損傷成像奠定了基礎(chǔ)。第三,分析了時間逆轉(zhuǎn)聚焦技術(shù)的原理,基于波動方程與格林函數(shù),推導(dǎo)了散射、入射場公式。通過COMSOL平臺仿真得到回波數(shù)據(jù),并結(jié)合時間逆轉(zhuǎn)互相關(guān)成像條件,在頻域波數(shù)域內(nèi)實現(xiàn)對混凝土內(nèi)部損傷的快速成像,與時域內(nèi)傳統(tǒng)時間逆轉(zhuǎn)法和多重信號分類(MUSIC)法相比,本方法明顯提升了成像的計算效率,其定位精度亦略高于多重信號分類。與此同時,構(gòu)建了實驗平臺,通過實驗獲取了相關(guān)損傷信號,并通過插值等信號處理手段,驗證了該技術(shù)應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)損傷檢測的可行性。最后,對全文所做的研究進行了總結(jié),對研究中存在的問題以及后續(xù)的研究方向進行了展望。
【關(guān)鍵詞】：混凝土損傷定位 時間逆轉(zhuǎn)技術(shù) 頻率波數(shù)域 互相關(guān)快速成像
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU317;TU37
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 主要符號表12-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 課題來源13
• 1.2 研究背景13-14
• 1.3 混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測常用方法14-19
• 1.4 超聲損傷聚焦及圖像重構(gòu)技術(shù)研究趨勢19-22
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容22-23
• 第二章 混凝土結(jié)構(gòu)超聲波檢測的背景知識23-33
• 2.1 混凝土結(jié)構(gòu)常見損傷23-24
• 2.1.1. 分層和剝離23
• 2.1.2. 裂縫23-24
• 2.1.3. 蜂窩和孔洞24
• 2.2 固體中的彈性波24-25
• 2.2.1. 理論24
• 2.2.2. 超聲波的分類24-25
• 2.3 彈性波控制方程25-29
• 2.4 超聲波的激發(fā)與接收29-32
• 2.4.1. 正壓電效應(yīng)29-30
• 2.4.2. 逆壓電效應(yīng)30-31
• 2.4.3. 常用超聲換能器種類31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 信號處理方法33-42
• 3.1 損傷檢測信號分析方法33-38
• 3.1.1. 時域分析33
• 3.1.2. 頻域分析33-34
• 3.1.3. 時頻分析34-38
• 3.2 信號插值38-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第四章 頻率波數(shù)域的互相關(guān)逆時成像法及數(shù)值模擬42-56
• 4.1 時間逆轉(zhuǎn)技術(shù)42-46
• 4.1.1. 基于頻率波數(shù)域的互相關(guān)逆時成像43-46
• 4.2 距離分辨率46-47
• 4.3 方位分辨率47-48
• 4.4 仿真研究48-55
• 4.4.1. 有限元模型48-50
• 4.4.2. 混凝土模型的數(shù)值模擬50-53
• 4.4.3. 損傷成像53-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第五章 頻率波數(shù)域的互相關(guān)逆時成像的實驗研究56-63
• 5.1 搭建實驗平臺56-58
• 5.1.1. 實驗試樣制備56-57
• 5.1.2. 實驗設(shè)備與儀器57-58
• 5.2 實驗步驟58-60
• 5.2.1. 獲取數(shù)據(jù)58-59
• 5.2.2. 信號處理59-60
• 5.3 實驗成像結(jié)果與分析60-62
• 5.3.1. 成像結(jié)果60-61
• 5.3.2. 成像結(jié)果分析61-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 第六章 總結(jié)與展望63-65
• 6.1 總結(jié)63-64
• 6.2 展望64-65
• 參考文獻65-71
• 致謝71-72
• 攻讀碩士期間發(fā)表的主要論文72

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