基于超聲導(dǎo)波的金屬桿圍堰系統(tǒng)質(zhì)量檢測技術(shù)研究.pdf

1、目前圍堰金屬緩沖桿質(zhì)量的檢測方法主要是拉拔法和取巖芯法，但是這兩種方法都屬于有損檢測，已不能滿足工程實踐的要求。本文通過分析超聲導(dǎo)波在圍堰體系中的傳播特性，運用理論計算、有限元模擬仿真以及試驗相結(jié)合的方法，研究了基于超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)的金屬桿圍堰系統(tǒng)的粘結(jié)質(zhì)量。
　　文中闡述了導(dǎo)波的形成原因、導(dǎo)波的相速度、群速度、頻散曲線和截止頻率；論述了導(dǎo)波的頻散性和多模態(tài)特性，提出了選用模態(tài)單一的且頻散性較弱的超聲導(dǎo)波對結(jié)構(gòu)進行無損檢測為最佳的

2、觀點。
　　文中推導(dǎo)出自由金屬桿和圍堰金屬桿的理論模型，給出了頂端自由和底端自由、固定三種不同邊界條件下的動態(tài)響應(yīng)方程，并進行了有限元仿真，表明理論模型很好地解釋了超聲導(dǎo)波在金屬桿和圍堰金屬桿中的傳播機理和規(guī)律。
　　在超聲導(dǎo)波理論的基礎(chǔ)上，分析了影響圍堰金屬桿檢測的因素及圍堰金屬桿粘結(jié)質(zhì)量的影響因素。對不同粘結(jié)面積的圍堰金屬桿進行了高低頻仿真，低頻部分存在頻率75KHz時可清晰識別出固定端上界面反射波從而計算出有效粘結(jié)長度

3、；高頻部分存在頻率2MHz時可清晰識別出底端反射波從而計算出全長衰減系數(shù)，根據(jù)該系數(shù)可以量化圍堰金屬桿的粘結(jié)質(zhì)量。
　　基于金屬桿的內(nèi)阻尼使材料具有蠕變和松弛行為的現(xiàn)象，分析了自由金屬桿內(nèi)阻尼與超聲導(dǎo)波振幅衰減之間的關(guān)系，內(nèi)阻尼越大振幅衰減越大；分析了圍堰金屬桿粘結(jié)段內(nèi)阻尼大小與圍堰金屬桿粘結(jié)的好壞程度，內(nèi)阻尼越大粘結(jié)越好且超聲導(dǎo)波振幅衰減越大。得出了在低頻范圍內(nèi)，內(nèi)阻尼是導(dǎo)致超聲導(dǎo)波在圍堰金屬桿中傳播時能量衰減的主要原因。

4、>　　分析了以水泥砂漿為粘結(jié)介質(zhì)的圍堰金屬桿中，特定頻率的L(0,1)和L(0,2)導(dǎo)波在桿截面的軸向、徑向位移，軸向能量流分布情況以及衰減情況；分析了以樹脂為粘結(jié)介質(zhì)的圍堰金屬桿中，特定頻率的L(0,1)導(dǎo)波在桿截面的軸向、徑向位移，軸向能量流分布情況以及衰減情況。得出了特定頻率的導(dǎo)波對圍堰金屬桿的表面缺陷和內(nèi)部缺陷是敏感的。
　　分析了超聲導(dǎo)波在圍堰交界面處的傳播機理，分析了超聲導(dǎo)波波速減小與時域響應(yīng)波形曲線增寬的原因，提出了

5、圍堰交界面處主要由界面波與Love波耦合而成的耦合波群（低頻脈沖）傳播的思想。
　　根據(jù)同一頻率超聲導(dǎo)波在自由金屬桿與圍堰金屬桿中傳播時的衰減幅度差，定性地分析了圍堰金屬桿的粘結(jié)質(zhì)量；提出了利用固段上界面反射回波與激勵波的時間差變化確定以樹脂為粘結(jié)介質(zhì)的圍堰金屬桿作用載荷的方法；提出了通過測試圍堰金屬桿底端反射回波和固段上界面反射回波的時間差的變化確定以水泥砂漿為粘結(jié)介質(zhì)的圍堰金屬桿粘結(jié)密實度的方法；提出了通過脫粘缺陷反射回波的時

6、間和最優(yōu)檢測頻率的縱向?qū)Рㄔ趪呓饘贄U中的傳播速度能夠?qū)U體脫粘缺陷進行定位；驗證了伴隨混凝土凝固期增加，金屬桿圍堰系統(tǒng)上界面反射波的幅值增大，反映了圍堰金屬桿的粘結(jié)質(zhì)量逐漸變好，提出了通過上界面反射波的幅值大小能夠?qū)U的粘結(jié)質(zhì)量進行判斷和評價。
　　現(xiàn)場檢測表明，質(zhì)量檢測儀能比較準(zhǔn)確的采集到超聲導(dǎo)波在圍堰體系上界面反射回波，能夠測出圍堰金屬桿的有效粘結(jié)長度。根據(jù)介質(zhì)的粘結(jié)強度，能夠得到圍堰金屬桿的固化握力，體現(xiàn)質(zhì)量檢測的有效性與