面向锚杆检测的电磁超声换能器研究

发布时间：2023-08-11 20:08

　　新中国成立以来我国在水利水电工程、隧道工程、铁路公路建设、城市基础设施建设等领域热火朝天开展的同时,对维持土壤和围岩的稳定性提出了更高的要求,而传统的支护手段采用钢架、砌碹等方式不仅施工复杂价格昂贵而且支护效果很一般。而锚杆锚固技术具有支护效果好、施工方便、经济性良好等优点,所以锚杆锚固技术在上述基建领域迅速得到广泛的使用,对于检测每根锚杆是否起到其支护加固作用显得尤为重要。本文的具体研究内容如下:(1)对课题的研究背景及意义进行阐述,论述了磁致伸缩导波检测原理,推导了磁致伸缩换能机理和多场之间的换能方程,使用MATLAB软件绘制了自由锚杆和锚固的频散曲线,为电磁超声换能器的研究提供理论依据。(2)使用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立三维的自由锚杆检测模型,通过数值模拟和实验方式对一发一收式电磁超声换能器参数选取进行研究,包括激励和接收线圈直径的选取,激励端接收端偏置磁场长度选取,屏蔽环材料尺寸厚度的选取,以及添加铁磁性材料对换能效率的影响。根据仿真和实验得到的一发一收式电磁超声换能器参数的选取结果,不仅能够提升电磁超声换能器的换能效率还能够为今后实际工程应用提...

【文章页数】：116 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 电磁超声换能器的研究现状
    1.3 论文的主要研究内容和章节安排
第二章 磁致伸缩纵向导波检测理论
    2.1 磁致伸缩导波检测原理
    2.2 电磁超声换能器换能机理及控制方程
        2.2.1 电磁场基本控制方程
        2.2.2 永磁偏置磁场方程
        2.2.3 线圈中的电磁场
        2.2.4 耦合关系
        2.2.5 振动动力方程
    2.3 导波检测基本原理
        2.3.1 群速度与相速度
        2.3.2 频散曲线分析
    2.4 本章小结
第三章 一发一收式电磁超声换能器参数选取
    3.1 电磁超声换能器的三维有限元建模
        3.1.1 有限元分析软件
        3.1.2 电磁超声换能器有限元建模
    3.2 线圈参数对电磁超声换能器的影响
        3.2.1 线圈直径对电磁超声换能器的影响
        3.2.2 线圈层数对电磁超声换能器的影响
    3.3 偏置磁场参数对电磁超声换能器的影响
        3.3.1 偏置磁场长度对换能器效率的影响
        3.3.2 屏蔽环对换能器效率的影响
    3.4 铁磁性材料对电磁超声换能器的影响
        3.4.1 立方晶体的磁致伸缩
        3.4.2 六方晶体的磁致伸缩
    3.5 本章小结
第四章 自激自收式电磁超声换能器研究
    4.1 自激自收式检测原理
        4.1.1 实验流程
        4.1.2 信号发生器
        4.1.3 功率放大器
        4.1.4 双工器
        4.1.5 自激自收换能器
        4.1.6 动态信号测试分析系统
        4.1.7 实验平台
    4.2 自激自收式电磁超声换能器线圈的选取
    4.3 自激自收式电磁超声换能器偏置磁场的选取
    4.4 本章小结
第五章 锚杆锚固质量检测
    5.1 自由锚杆检测原理
    5.2 锚杆质量检测的降噪研究
        5.2.1 变分模态分解
        5.2.2 加权峭度指标
        5.2.3 小波阈值降噪
        5.2.4 变分模态分解-小波阈值去噪方法
        5.2.5 降噪效果对比
    5.3 自由锚杆检测
        5.3.1 完整自由锚杆质量检测
        5.3.2 带缺陷自由锚杆质量检测
    5.4 锚杆锚固质量检测
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文
    个人简历
    已发表的学术论文



本文编号：3841675