基于時間反演的混凝土中應(yīng)力波傳播特性研究.pdf

1、近年來，基于波動法的混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測由于具有監(jiān)測范圍廣、建設(shè)成本低、能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測、主動監(jiān)測等優(yōu)點，受到人們的廣泛重視。但是由于混凝土是一種多相復合膠凝材料，內(nèi)部存在水泥、粗細骨料等各種組份，導致應(yīng)力波在混凝土中的傳播十分復雜，會出現(xiàn)嚴重的波包混疊，并存在嚴重的散射和衰減，進而導致應(yīng)力波的分析和解釋十分困難，限制了基于波動法的混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的大規(guī)模應(yīng)用。由于時間反演方法不需要先驗知識就可以實現(xiàn)信號的自適應(yīng)聚焦，因此在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

2、領(lǐng)域引起了人們的廣泛重視。本文將波動法與時間反演理論相結(jié)合，以混凝土材料為研究對象系統(tǒng)地研究了應(yīng)力波在混凝土介質(zhì)中的傳播特性。此外，本文將基于時間反演的波動法理論引入到后張法預應(yīng)力管道灌漿密實度監(jiān)測中，在實際問題中驗證了基于時間反演的波動法理論的應(yīng)用價值。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了混凝土介質(zhì)中應(yīng)力波的傳播特性和時間反演理論在混凝土介質(zhì)中的適用性。本文將壓電陶瓷傳感器預先布置于混凝土材料的內(nèi)部，充分利用壓電陶瓷材料的雙重感知

3、、執(zhí)行功能，將壓電陶瓷傳感器作為作動器和傳感器使用，去激勵或者探測應(yīng)力波。并基于實驗現(xiàn)象，充分研究了混凝土介質(zhì)中激勵信號的選取規(guī)律、應(yīng)力波的傳播速度、應(yīng)力波波速與頻率之間的關(guān)系、應(yīng)力波傳播的聲學互易性、時間反演理論的適用性，輸出信號的穩(wěn)定性和輸入信號與輸出信號之間的關(guān)系。⑵基于Rayleigh阻尼理論，并利用時間反演方法的自適應(yīng)聚焦特性，研究了混凝土介質(zhì)中應(yīng)力波的吸收衰減規(guī)律，建立了混凝土介質(zhì)中應(yīng)力波的吸收衰減準則。將Rayleigh阻

4、尼模型與波動方程相結(jié)合，推導出混凝土介質(zhì)中應(yīng)力波的吸收衰減模式，提出了應(yīng)力波吸收衰減系數(shù)的計算公式，即當阻尼比較小時混凝土中應(yīng)力波的吸收衰減系數(shù)與應(yīng)力波頻率的平方成正比，并在素混凝土梁進行了實驗測試，得出Rayleigh阻尼的質(zhì)量阻尼系數(shù)α和剛度阻尼系數(shù)β。此外，為了驗證質(zhì)量阻尼系數(shù)α和剛度阻尼系數(shù)β的正確性，又進行了相關(guān)驗證實驗，證明了混凝土介質(zhì)中應(yīng)力波吸收衰減模型的有效性。⑶提出了一種基于波動法的可以有效監(jiān)測后張法預應(yīng)力結(jié)構(gòu)中預應(yīng)力