受載條件下混凝土超聲傳播特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、水工建筑物多以混凝土為主要材料，并且多數(shù)均服役多年，診斷其健康狀態(tài)是一項(xiàng)重要的工作。其中，水工建筑物健康與否又可以混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際工作應(yīng)力予以反映。而在檢測應(yīng)力方法中，超聲波檢測是其中較為準(zhǔn)確、便捷的方式之一。目前，針對混凝土應(yīng)力與聲學(xué)參數(shù)之間的研究多是借助試驗(yàn)方法進(jìn)行，但在試驗(yàn)過程中，難免出現(xiàn)一些不可避免的因素對超聲波傳播產(chǎn)生一定影響，致使其中一些聲學(xué)參數(shù)規(guī)律與其原本具備的規(guī)律有所差異。鑒于此，本文開展受載條件下混凝土超聲波傳播特性的數(shù)

2、值模擬研究，主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)針對實(shí)驗(yàn)室混凝土的制備要求，參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中有關(guān)二級配混凝土的規(guī)定，基于隨機(jī)骨料模型理論，借助MATLAB生成實(shí)驗(yàn)室混凝土二維細(xì)觀模型中骨料各頂點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)，并寫入TXT文件，由它導(dǎo)入AUTO-CAD軟件，實(shí)現(xiàn)二維細(xì)觀模型的部件分類，由此可在ABAQUS軟件中建立sj（砂漿）、jm（界面）、gl（骨料）三大部件予以后續(xù)計(jì)算。
　　(2)基于混凝土破壞損傷機(jī)理，且從其受

3、力特性（主要為受壓）分析，采用基于規(guī)范推導(dǎo)的塑性損傷模型作為混凝土二維細(xì)觀模型中各組分的本構(gòu)關(guān)系，其中以隱式有限元法求解，實(shí)現(xiàn)混凝土細(xì)觀模型的單軸受壓損傷分析，而以顯式有限元法求解，實(shí)現(xiàn)超聲波在混凝土細(xì)觀模型中的傳播。
　　(3)基于ABAQUS軟件，提出一種建立應(yīng)力場與聲場耦合的分析方法。其具體過程為:提取受力變形后的各單元坐標(biāo)，重構(gòu)幾何模型;以塑性損傷模型中損傷因子與彈性模量之間的關(guān)系與過鎮(zhèn)海所給的泊松比的建議取值公式，重定義

4、模型的基本屬性，通過上述方式保存混凝土細(xì)觀模型在應(yīng)力場中的某種狀態(tài)，而后模擬超聲波在“已處理”的混凝土二維細(xì)觀模型中傳播。
　　(4)以本文提出的耦合應(yīng)力場與聲場的方法實(shí)現(xiàn)受載條件下的混凝土超聲波傳播的模擬，在獲得相應(yīng)時域波形圖之后，以快速傅里葉變換與小波分析對其進(jìn)行時頻分析，獲取一些基本聲學(xué)參數(shù):波速、首波振幅、最大振幅、主頻、主頻幅值、譜面積、加權(quán)譜面積，通過分析發(fā)現(xiàn)加權(quán)譜面積、首波振幅、波速對應(yīng)力變化相對敏感，然后使用ORI