FRP加固结构界面损伤的远距离声激励无损检测数值研究

摘要

纤维复合材料(Fiber Reinforced Plastics(FRP))具有质量轻、耐腐蚀、耐疲劳等优良特性,已被广泛应用与土木工程中。能够及时有效地对FRP加固结构界面破坏进行检测对结构工程的安全性和耐久性都有重要的意义。传统的一些无损检测方法无法达到快速、便捷、经济、合理、有效的要求,因此,研发一种远距离无损检测新方法十分必要。
　　许颖等人提出了利用声学参量阵产生的远距离高指向性差频声波进行FRP加固结构界面损伤无损检测的方法。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了利用声学参量阵产生的远距离高指向性声束进行FRP加固结构界面损伤的无损检测方法。
　　高指向性声束的传播特性和数值模拟研究。利用科学计算软件Matlab编制计算程序,从强度和指向性两个方面详细研究了远场差频声场的分布。对声学参量阵产生的高指向声束的声压分布特性以及指向性进行了比较深入的研究。针对差频声波远场传播距离、声压幅值、指向性进行了参数分析。从声学参量阵换能器的转换效率出发,建立了检测距离、缺陷大小与原频波辐射功率的关系,为声学参量阵在远距离无损检测领域应用中的设计提供了参考。从理论上论证了高指向性差频声束用于远距离FRP加固结构界面损伤的无损检测的可行性。
　　远距离高指向性声束进行FRP加固结构界面损伤无损检测方法的有限元模型的建立以及可测性分析。基于ABAQUS软件,详细介绍了FRP加固结构界面损伤远距离高指向性声激励无损检测有限元模型的建模方法和模拟步骤,根据理论分析选取了适当幅值、恰当形式的激励信号;根据检测原理以及缺陷大小范围确定了声场频率范围;讨论了阻尼的影响;讨论了数值模拟以及实际检测中如何考虑噪声的影响;通过观察构件表面质点竖向振动位移幅值可以找出剥离损伤的位置和大小,得出FRP加固结构界面损伤远距离高指向性声激励无损检测方法可测性的肯定性结论。
　　研究了界面剥离损伤各种参数对缺陷上方薄板异常振动区表面质点振动幅值的影响。对不同构件、不同缺陷尺寸、不同缺陷形状、不同缺陷边界的检测情况进行数值模拟。根据数值模拟结果,详细讨论了各种损伤参数对表面质点竖向振动幅值的影响。具体包括:可以根据构件表面上方各质点振动位移相对幅值确定缺陷的位置和大小;给出了缺陷大小、形状、边界等参数对缺陷上方FRP薄板质点振动位移幅值的关系曲线;讨论了逐点检测方法的可测性;与他人的实验结果进行了比对分析,结果表明高指向性声束用于FRP加固结构界面剥离损伤的无损检测方法是可行的;讨论了该方法可用于界面损伤检测的最小缺陷可测尺寸。

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第1章 绪 论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 高指向性声束传播特性数值模拟

2.1引言

2.2高指向性声束声压分布数值模拟

2.3高指向性声束指向性数值模拟

2.4本章小结

第3章 数值模型研究

3.1引言

3.2检测原理

3.3检测距离、缺陷大小与原波辐射功率

3.4可测性数值模拟分析

3.5本章小结

第4章 损伤参数与质点振动位移的关系

4.1引言

4.2不同界面损伤参数的影响

4.3几点讨论

4.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢