發(fā)布時間：2018-10-22 07:29

【摘要】：混凝土材料是目前土木建筑行業(yè)中使用最廣泛的建筑材料,由于混凝土是一種脆性材料,其抗拉強度較差,混凝土結(jié)構(gòu)在內(nèi)外因素的作用下不可避免地發(fā)生開裂現(xiàn)象而存在裂縫。目前檢測混凝土表面裂縫所使用的傳統(tǒng)方法大都是近結(jié)構(gòu)表面(非接觸式)或預(yù)先埋入結(jié)構(gòu)中(接觸式)的檢測方法。由于混凝土結(jié)構(gòu)的自身特點的限制,傳統(tǒng)的近距離接觸式的檢測方法存在很大缺點,因此,研究一種遠(yuǎn)距離、非接觸式的無損檢測方法很有必要。本文基于有限元軟件ANSYS,研究遠(yuǎn)距離高指向性的聲激勵檢測混凝土表面裂縫的遠(yuǎn)距離非接觸式的檢測方法,具體包括以下幾個方面的工作:圓形活塞換能器的聲場特性研究。使用數(shù)值解析軟件Matlab根據(jù)圓形活塞換能器的輻射聲場的聲壓及指向性函數(shù)理論公式進(jìn)行分析,詳細(xì)研究了圓形活塞換能器的聲壓分布特性和指向性。在利用有限元分析軟件ANSYS對圓形活塞換能器進(jìn)行仿真模擬。把ANSYS軟件仿真分析的聲壓與指向性結(jié)果與Matlab軟件理論分析的結(jié)果進(jìn)行比對,探討ANSYS軟件對聲學(xué)換能器仿真的準(zhǔn)確性與可行性。使用有限元建模的方法,探究遠(yuǎn)距離高指向性聲束對混凝土表面裂縫無損檢測方法的可測性�；贛atlab軟件,探討高指向性聲激勵的選擇。基于ANSYS軟件,詳細(xì)探討了聲學(xué)參量陣換能器陣作為遠(yuǎn)距離激勵源的方法和模擬步驟。把聲激勵作用在底面固支和簡支兩種約束形式的混凝土構(gòu)件上,并根據(jù)不同的約束條件選擇合理頻率的聲激勵進(jìn)行逐點掃描。通過觀察構(gòu)件表面質(zhì)點豎向振動位移幅值曲線是否出現(xiàn)尖峰區(qū)域或不平滑的折線區(qū)域,及該區(qū)域尖峰幅值大小及其底角的距離可以判斷混凝土表面裂縫的位置、寬度及深度大小。得出遠(yuǎn)距離聲激勵檢測方法可以用來檢測混凝土的表面裂縫�；谀M結(jié)果,研究底面固支的混凝土構(gòu)件在不同表面裂縫寬度、深度、不同混凝土構(gòu)件尺寸以及實際環(huán)境噪音對檢測方法的影響,結(jié)果表明本檢測方法的最大可測混凝土深度的數(shù)值與混凝土厚度成正相關(guān)。當(dāng)裂縫深度小于可測裂縫最大深度時,裂縫尖端質(zhì)點豎向位移幅值隨裂縫深度成線性關(guān)系,其他因素對遠(yuǎn)距離聲激勵檢測混凝土表面裂縫影響較小。研究外界噪音對遠(yuǎn)距離聲激勵檢測底面固支混凝土構(gòu)件表面裂縫方法的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)外界的噪音影響很小,可以忽略不計。
[Abstract]:Concrete is the most widely used building material in the civil construction industry at present. Because concrete is a brittle material, its tensile strength is poor. Under the action of internal and external factors, cracks inevitably occur in concrete structures. At present, most of the traditional methods used to detect concrete surface cracks are near structural surface (non-contact) or embedded in the structure (contact). Because of the limitation of concrete structure's own characteristics, the traditional close contact detection method has great shortcomings. Therefore, it is necessary to study a long distance, non-contact nondestructive testing method. Based on the finite element software ANSYS, this paper studies the long distance non-contact detection method of long distance and high directivity acoustic excitation for detecting concrete surface cracks, including the following aspects: the study of sound field characteristics of circular piston transducer. The sound pressure distribution and directivity of circular piston transducer are studied in detail by using numerical analysis software Matlab according to the theoretical formula of sound pressure and directivity function of the radiation sound field of circular piston transducer. The circular piston transducer is simulated by finite element analysis software ANSYS. The results of sound pressure and directivity analysis of ANSYS software are compared with the results of theoretical analysis of Matlab software, and the accuracy and feasibility of ANSYS software for acoustic transducer simulation are discussed. The finite element modeling method is used to explore the testability of long distance and high directivity acoustic beams for nondestructive detection of concrete surface cracks. Based on Matlab software, the choice of high directional acoustic excitation is discussed. Based on ANSYS software, the method and simulation steps of acoustic parametric array transducer array as a remote excitation source are discussed in detail. The sound excitation is applied to the concrete members with two kinds of restraint forms: the bottom plane clamping and the simple support, and the sound excitation with reasonable frequency is selected according to the different constraint conditions to carry out the point-by-point scanning. By observing whether the vertical vibration displacement amplitude curve of the surface of the member has a peak region or a non-smooth broken line area, and the distance between the peak amplitude and the bottom angle of the area, the position of the crack on the surface of concrete can be determined. Width and depth. It is concluded that the long distance acoustic excitation method can be used to detect the surface cracks of concrete. Based on the simulation results, the effects of different surface crack width, depth, size of concrete members and actual environmental noise on the detection methods are studied. The results show that the maximum measurable depth of concrete is positively correlated with the thickness of concrete. When the crack depth is less than the maximum depth of the measured crack, the vertical displacement amplitude of the particle at the crack tip has a linear relationship with the crack depth, and other factors have little effect on the detection of concrete surface cracks by long-distance acoustic excitation. The influence of external noise on the detection of surface cracks of concrete members with fixed bottom surface by long distance acoustic excitation is studied. The results show that the external noise has little effect and can be ignored.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU528

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本文編號：2286502