隨著我國交通事業(yè)的不斷發(fā)展,隧道工程的應(yīng)用十分廣泛,由于設(shè)計(jì)缺陷、施工質(zhì)量、荷載作用和結(jié)構(gòu)自身老化等原因,隧道結(jié)構(gòu)在其全壽命周期中不可避免地產(chǎn)生不同程度的缺陷和損傷,對隧道進(jìn)行快速準(zhǔn)確的損傷檢測,對降低隧道維護(hù)成本,提高襯砌結(jié)構(gòu)耐久性與可靠性,保障隧道正常運(yùn)營功能至關(guān)重要。本文從氣-固耦合的角度出發(fā),以空氣作為襯砌結(jié)構(gòu)與檢測系統(tǒng)之間應(yīng)力波傳播的耦合介質(zhì),開展基于空氣耦合沖擊回波的隧道襯砌內(nèi)部損傷快速檢測與評估研究。通過數(shù)值模擬、試驗(yàn)分析等方式對曲率、敲擊小球直徑、敲擊點(diǎn)位置、缺陷深度等進(jìn)行了較為全面的分析,論文主要研究成果如下:(1)針對不同曲率半徑下的曲面板結(jié)構(gòu),分析結(jié)構(gòu)沖擊回波響應(yīng)特性,對曲面板型結(jié)構(gòu)的空氣耦合沖擊回波法的適用性進(jìn)行了數(shù)值模擬的研究。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)曲面板的曲率直徑和厚度比達(dá)到20以上時(shí)敲擊點(diǎn)局部發(fā)生的沖擊回波模態(tài)與平板結(jié)構(gòu)基本相同,而曲率半徑較小時(shí)曲率不在是可忽略的因素,對沖擊回波頻率影響較大。(2)采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的手段,對曲面板損傷檢測中激勵小球的直徑、敲擊點(diǎn)位置、傳感器距敲擊點(diǎn)距離以及不同深度下的各種缺陷等多種工況進(jìn)行了對比分析。敲擊鋼球直徑越大其產(chǎn)生的入射波頻率越低,衰減越慢,而小直徑鋼球激發(fā)的應(yīng)力波衰減較快只能檢測出淺層的缺陷;敲擊點(diǎn)與缺陷的相對位置對響應(yīng)信號的峰值頻率影響較小;沖擊回波漏泄波在空氣中衰減很快,因此麥克風(fēng)距敲擊點(diǎn)越近接收的信號能量越強(qiáng)檢測效果越好;對于不同深度的缺陷,深層缺陷的沖擊回波主頻率與理論值契合度較高,而淺層缺陷回波經(jīng)分析其主要是頻率較低的彎曲模態(tài)響應(yīng)。(3)由于敲擊力度、位置等具有一定的隨機(jī)性,空氣耦合沖擊回波主頻往往也表現(xiàn)出一定的隨機(jī)性,傳統(tǒng)的基于沖擊回波主頻進(jìn)行損傷成像的方法往往由于信號峰值頻率的波動產(chǎn)生較大的誤差,本文就這一問題提出了一種對成像判定指標(biāo)的改進(jìn)方法,該方法考慮無缺陷處頻率的波動范圍,引入帶通濾波器并最終依據(jù)其峰值能量的比值形成新的判定指標(biāo),隨后分別對一塊平面板和一塊標(biāo)準(zhǔn)地鐵隧道曲面襯砌進(jìn)行了損傷成像驗(yàn)證,研究發(fā)現(xiàn),利用本方法進(jìn)行損傷成像結(jié)果,其缺陷的辨識范圍更加準(zhǔn)確。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U451
【部分圖文】：

氣耦合沖擊回波法理論背景heoretical Background of Air-Coupled Impactho Method應(yīng)力波在半無限體中的傳播規(guī)律（Propagation Law of Se in Semi-Infinite Body）應(yīng)力波在可變形的彈性固體介質(zhì)中可分為彈性波和塑性波，當(dāng)應(yīng)力與應(yīng)關(guān)系時(shí)，稱之為彈性波，當(dāng)應(yīng)力與應(yīng)變呈非線性關(guān)系時(shí)，稱為塑性波表面施加一個沖擊力時(shí)，會在物體內(nèi)部產(chǎn)生三種不同類型的應(yīng)力波。它半無限的平面彈性體中表現(xiàn)為沿著自由邊界表面?zhèn)鞑サ谋砻娌ǎ≧ 簡稱 R 波）和在彈性介質(zhì)內(nèi)部傳播的體波（Body wave），其中體波又波（compression wave 或 primary wave 簡稱 P 波）和剪切波（Shear w波）。應(yīng)力波的分布如圖 2-1 所示。

圖 2-2 沖擊荷載時(shí)程曲線Figure 2-2 Time history curve of impact load 和式 2.8 可得沖擊錘半徑越小能夠產(chǎn)生的最大有效頻越低波長越長。因此，較大的沖擊錘能夠產(chǎn)生波長較產(chǎn)生的能量也更強(qiáng)。實(shí)際檢測中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)檢測構(gòu)件效頻率，并依此來確定合適直徑的沖擊錘。江[73]等人的研究確定了沖擊錘直徑與最大有效頻率 =291 為動荷載產(chǎn)生的最大有效頻率（單位 Hz），D 為沖傳播同樣需要依存于介質(zhì)，因此應(yīng)力波同樣遵循于普波的波長和頻率符合下面公式： = 為應(yīng)力波波速， 為應(yīng)力波的波長， 應(yīng)力波的頻率

模態(tài)（IEmode）。通過放置在敲擊位置附近的接觸式傳感器記錄沖擊回波的時(shí)域信號，并將接收到的時(shí)域信號用快速傅里葉變換（FFT）轉(zhuǎn)換到頻域譜，頻譜中的峰值頻率將對應(yīng)于沖擊回波模態(tài)的頻率，沖擊回波法原理示意圖如圖2-4所示。占主導(dǎo)模態(tài)的沖擊回波頻率用來檢測結(jié)構(gòu)的厚度，厚度和頻率的方程如下： = 2 (2.15)式中，H 為混凝土板的厚度， 為混凝土內(nèi)部 P 波的波速， 為 FFT 變換得到頻譜的主頻率， 為形狀系數(shù)，在平面板結(jié)構(gòu)中取 0.96。當(dāng)一塊無缺陷的板厚為已知，根據(jù)公式（2.10）可以推算出該厚度所對應(yīng)的沖擊回波主頻率。相反的

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳玉蘭;;用立體照相術(shù)測定缺陷深度h[J];無損檢測;1985年01期

2 賈永泰;;棱邊波法測量鋼構(gòu)件缺陷的探討[J];工業(yè)安全與防塵;1989年01期

3 王克;;工業(yè)射線缺陷深度的定位分析[J];山東工業(yè)技術(shù);2017年06期

4 朱紅慶;楊坪;;工業(yè)射線檢測缺陷深度定位研究[J];電焊機(jī);2013年11期

5 劉輝;鄭賓;王召巴;郭華玲;;激光瑞利波的時(shí)間依賴性探測表面缺陷深度[J];激光與紅外;2017年06期

6 劉輝;鄭賓;王召巴;郭華玲;;激光超聲透射波表征表面缺陷深度的仿真研究[J];中北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年02期

7 袁石麓;;工件內(nèi)部缺陷深度的測量[J];西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1986年01期

8 謝相森;激光全息無損檢測中輪胎內(nèi)部缺陷深度的確定[J];激光;1982年12期

9 薛書文,宗明成,張建新,趙雁,湯慧君;金屬內(nèi)部近表缺陷深度的定量化檢測新方法[J];北方交通大學(xué)學(xué)報(bào);1998年01期

10 霍祥華,周斌;根據(jù)缺陷對比度測量缺陷深度[J];無損探傷;1998年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 李安營;李紹芬;呂天軍;;利用底片黑度測定缺陷深度[A];2000年晉冀魯豫鄂蒙六省區(qū)機(jī)械工程學(xué)會學(xué)術(shù)研討會論文集（河南分冊）[C];2000年

2 楊金崎;劉金海;盛鍇;;缺陷深度對交流勵磁檢測結(jié)果的影響[A];2018遠(yuǎn)東無損檢測新技術(shù)論壇論文集[C];2018年

3 陳國華;張新梅;謝常歡;何湘鉑;;超聲檢測中裂紋型缺陷深度的智能識別方法研究[A];第六屆全國壓力容器學(xué)術(shù)會議壓力容器先進(jìn)技術(shù)精選集[C];2005年

4 劉婷;賈彬;盧毅;;CFRP加固體積型缺陷鋼板承載力的影響因素試驗(yàn)研究[A];第九屆全國建設(shè)工程FRP應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2015年

5 陳自強(qiáng);陳立功;倪純珍;王裕文;薛錦;;粗糙表面超聲檢測信號損失研究[A];第十次全國焊接會議論文集（第2冊）[C];2001年

6 劉玉付;;氧化鋁單晶表面納米缺陷的力學(xué)行為[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

7 王猛;;腐蝕海底管道評估[A];2012年度海洋工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2012年

8 唐毅;劉維平;孫海濤;喬維;吳小亮;桂春;;含矩形缺陷圓柱形管的剩余強(qiáng)度評定方法[A];第十七屆全國反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)會議論文集[C];2012年

9 鄭福印;楊理踐;高松巍;;基于多元回歸方法的管道缺陷深度仿真分析[A];2018遠(yuǎn)東無損檢測新技術(shù)論壇論文集[C];2018年

10 盧長勛;;射線檢驗(yàn)缺陷深度定位新方法[A];2002年晉冀魯豫鄂蒙川滬云貴甘十一省市區(qū)機(jī)械工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集（河南分冊）[C];2002年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 唐詩全 陳永;攀鋼連鑄關(guān)鍵技術(shù)研究見成效[N];中國冶金報(bào);2007年

2 唐詩全 陳永;攀鋼連鑄關(guān)鍵技術(shù)研究取得新進(jìn)展[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 嚴(yán)鵬南;曲面板空氣耦合沖擊回波響應(yīng)特性研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2019年

2 張少軒;基于機(jī)器學(xué)習(xí)的缺陷深度反演研究[D];東北大學(xué);2017年

3 歐陽凱;基于瑞利波的材料表面缺陷深度檢測數(shù)值研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

4 王中華;紅外熱波技術(shù)缺陷深度計(jì)算方法研究及軟件實(shí)現(xiàn)[D];首都師范大學(xué);2014年

5 趙凌;多層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀態(tài)脈沖渦流檢測與評估方法研究[D];浙江大學(xué);2016年

6 楊競哲;油管斷裂失效的分析[D];吉林大學(xué);2010年

7 王星;渦流檢測系統(tǒng)與缺陷信號處理研究[D];西安科技大學(xué);2015年

8 華浩然;紅外熱成像反射與透射法的缺陷深度定量檢測[D];南昌航空大學(xué);2015年

9 王茜;油氣輸送管道的復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2012年

10 宋潮;激光超聲缺陷信號的時(shí)頻分析方法研究[D];中北大學(xué);2018年

本文編號：2824443