混凝土表面裂缝的远距离声激励检测数值研究

摘要

混凝土材料是目前土木建筑行业中使用最广泛的建筑材料，由于混凝土是一种脆性材料，其抗拉强度较差，混凝土结构在内外因素的作用下不可避免地发生开裂现象而存在裂缝。目前检测混凝土表面裂缝所使用的传统方法大都是近结构表面（非接触式）或预先埋入结构中（接触式）的检测方法。由于混凝土结构的自身特点的限制，传统的近距离接触式的检测方法存在很大缺点，因此，研究一种远距离、非接触式的无损检测方法很有必要。本文基于有限元软件ANSYS，研究远距离高指向性的声激励检测混凝土表面裂缝的远距离非接触式的检测方法，具体包括以下几个方面的工作：
　　圆形活塞换能器的声场特性研究。使用数值解析软件Matlab根据圆形活塞换能器的辐射声场的声压及指向性函数理论公式进行分析，详细研究了圆形活塞换能器的声压分布特性和指向性。在利用有限元分析软件ANSYS对圆形活塞换能器进行仿真模拟。把ANSYS软件仿真分析的声压与指向性结果与Matlab软件理论分析的结果进行比对，探讨ANSYS软件对声学换能器仿真的准确性与可行性。
　　使用有限元建模的方法，探究远距离高指向性声束对混凝土表面裂缝无损检测方法的可测性。基于Matlab软件，探讨高指向性声激励的选择。基于ANSYS软件，详细探讨了声学参量阵换能器阵作为远距离激励源的方法和模拟步骤。把声激励作用在底面固支和简支两种约束形式的混凝土构件上，并根据不同的约束条件选择合理频率的声激励进行逐点扫描。通过观察构件表面质点竖向振动位移幅值曲线是否出现尖峰区域或不平滑的折线区域，及该区域尖峰幅值大小及其底角的距离可以判断混凝土表面裂缝的位置、宽度及深度大小。得出远距离声激励检测方法可以用来检测混凝土的表面裂缝。
　　基于模拟结果，研究底面固支的混凝土构件在不同表面裂缝宽度、深度、不同混凝土构件尺寸以及实际环境噪音对检测方法的影响，结果表明本检测方法的最大可测混凝土深度的数值与混凝土厚度成正相关。当裂缝深度小于可测裂缝最大深度时，裂缝尖端质点竖向位移幅值随裂缝深度成线性关系，其他因素对远距离声激励检测混凝土表面裂缝影响较小。研究外界噪音对远距离声激励检测底面固支混凝土构件表面裂缝方法的影响，结果发现外界的噪音影响很小，可以忽略不计。

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 基于Matlab和ANSYS软件对圆形活塞换能器性能的研究

2.1 引言

2.2 基于Matlab软件对圆形活塞换能器的研究

2.3 基于ANSYS有限元软件对圆形活塞换能器的研究

2.4 本章小结

第3章 远距离声激励对混凝土表面裂缝检测的可行性研究

3.1 引言

3.2 ANSYS有限元软件模拟声学换能器可行性分析

3.3 混凝土表面裂缝可测性研究

3.4 本章小结

第4章 远距离声激励检测混凝土表面裂缝影响因素研究

4.1 引言

4.2 不同裂缝深度的影响

4.3 不同裂缝宽度的影响

4.4 不同构件长度的影响

4.5 不同构件厚度的影响

4.6 考虑实际环境噪音的影响

4.7 本章小结

结论

参考文献

附录A 不同裂缝深度模型表面质点振动幅值曲线

附录B 不同裂缝宽度模型的裂缝尖端振幅随裂缝深度变化曲线

附录C 不同构件长度模型的裂缝尖端振幅随裂缝深度变化曲线

附录D 不同构件厚度模型的裂缝尖端振幅随裂缝深度变化曲线

声明

致谢