鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)微波成像的有限元算法研究.pdf

1、本文簡要介紹了微波無損檢測技術(shù)的原理、特點及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，討論了該技術(shù)的實際應(yīng)用價值和可行性。闡述了電磁場的一系列基本理論，根據(jù)鋼筋和混凝土的電磁特性，得出微波在混凝土中傳播遇到鋼筋發(fā)生反射所遵循的規(guī)律。研究了電磁場數(shù)值分析的原理、特點，并通過對各種數(shù)值方法的比較，得出有限元法在分析電磁場問題中的突出優(yōu)勢。 依照有限元算法的基本思想，結(jié)合鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的微波檢測原理給出了具體的解題步驟。包括建立鋼筋混凝土塊及外部空氣層的數(shù)學模

2、型，用四面體單元對模型進行網(wǎng)格剖分，由亥姆霍茲方程得到描述高頻電磁場的泛函方程，對每個四面體單元進行泛函變分的計算，即單元有限元分析，再根據(jù)所有單元結(jié)點號將單元有限元方程合成為場的法方程，對法方程加載邊界條件、求解，最后對微波反射問題進行分析處理。與此同時介紹了利用MATLAB語言針對以上計算過程的編程思想和實現(xiàn)過程，編制了適用于該問題的微波有限元算法專用計算軟件。 建立了多個不同規(guī)格的鋼筋混凝土模型，分別用2.5GHz和3.0

3、GHz兩個頻率的微波進行仿真，得到場強-位置關(guān)系圖象，形象直觀的顯示了鋼筋在混凝土內(nèi)的分布情況，且與給定模型相符。把該仿真結(jié)果與ANSYS的仿真結(jié)果進行歸一化比較，曲線重合度很好，誤差很小。結(jié)果表明，整個問題的設(shè)計思路是正確的，用有限元算法實現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的無損檢測是可行的，而且方便快捷的。 與目前常用的電磁場有限元商用軟件相比，本軟件的優(yōu)越性在于能夠節(jié)約計算機資源，減少計算時間，提高檢測效率，并可為逆問題的計算提供可靠的保證