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超声波在混凝土中传播的数值模拟

余涛  
【摘要】:摘要:超声波法因穿透能力强,检测设备简单,操作方便,检测成本低廉等优点,广泛应用于混凝土无损检测领域。然而,混凝土是高度非均匀的多相复合材料,声学参数和混凝土缺陷的相关关系非常复杂,因此,亟待研究超声波在混凝土中的传播规律,为混凝土超声无损检测技术提供理论依据和参考。 本文选用了对非均匀介质适应能力较强的弹性动力学有限积分技术(EFIT)数值方法计算超声波波场;文中详细推导了EFIT离散公式,并对自由边界条件和吸收边界条件进行了讨论。为了更真实地模拟混凝土介质,从细观角度分析了混凝土的成分,将混凝土简化成水泥砂浆基体和骨料填充物组成的二相复合材料,进而探讨了随机椭圆骨料的生成投放过程,建立了含骨料的二维数值混凝土模型。 论文采用EFIT方法,模拟了超声波在混凝土介质中的传播,分析了混凝土中骨料对超声波传播的影响,研究表明混凝土中骨料会引起超声波的多重散射,波型转换,能量衰减等现象,降低了超声检测信号的信噪比;研究了超声波在含空洞、裂隙等缺陷的混凝土模型中传播规律及预应力梁孔道模型中超声波的传播特点;同时模拟了超声相控阵的传播模式。这些模拟结果,直观地呈现了超声波在混凝土中的传播过程,为混凝土超声检测信号的数据处理和反演成像提供了—些有益的认识。图40幅,表1个,参考文献62篇。


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