受載條件下混凝土超聲傳播特性的數值模擬研究.pdf

1、水工建筑物多以混凝土為主要材料，并且多數均服役多年，診斷其健康狀態(tài)是一項重要的工作。其中，水工建筑物健康與否又可以混凝土結構實際工作應力予以反映。而在檢測應力方法中，超聲波檢測是其中較為準確、便捷的方式之一。目前，針對混凝土應力與聲學參數之間的研究多是借助試驗方法進行，但在試驗過程中，難免出現一些不可避免的因素對超聲波傳播產生一定影響，致使其中一些聲學參數規(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

2、值模擬研究，主要研究內容及成果如下:
　　(1)針對實驗室混凝土的制備要求，參照《水工混凝土試驗規(guī)程》中有關二級配混凝土的規(guī)定，基于隨機骨料模型理論，借助MATLAB生成實驗室混凝土二維細觀模型中骨料各頂點的坐標點，并寫入TXT文件，由它導入AUTO-CAD軟件，實現二維細觀模型的部件分類，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)計算。
　　(2)基于混凝土破壞損傷機理，且從其受

3、力特性（主要為受壓）分析，采用基于規(guī)范推導的塑性損傷模型作為混凝土二維細觀模型中各組分的本構關系，其中以隱式有限元法求解，實現混凝土細觀模型的單軸受壓損傷分析，而以顯式有限元法求解，實現超聲波在混凝土細觀模型中的傳播。
　　(3)基于ABAQUS軟件，提出一種建立應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，重構幾何模型;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觀模型在應力場中的某種狀態(tài)，而后模擬超聲波在“已處理”的混凝土二維細觀模型中傳播。
　　(4)以本文提出的耦合應力場與聲場的方法實現受載條件下的混凝土超聲波傳播的模擬，在獲得相應時域波形圖之后，以快速傅里葉變換與小波分析對其進行時頻分析，獲取一些基本聲學參數:波速、首波振幅、最大振幅、主頻、主頻幅值、譜面積、加權譜面積，通過分析發(fā)現加權譜面積、首波振幅、波速對應力變化相對敏感，然后使用ORI