基于声发射的全波形逆时反演模型的混凝土健康状态研究
本文关键词：基于声发射的全波形逆时反演模型的混凝土健康状态研究，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：声发射(AE)分析在结构工程中已经成功用作混凝土和钢筋混凝土的损伤检测。然而,对于更进一步的检测裂纹进展和开裂图案常见的探测方法变得力不从心。因此,本论文提出基于AE分析的混凝土内部损伤点定位的方法。为此本文建立了有效成分随机分布的混凝土二维、三维声发射模型,以模型为基础结合弹性波动方程的有限差分解法模拟了弹性波波场。利用时间反向方法可以定位损伤位置并可以利用最大能量在模型相应位置成像。本文研究的定位方法,基于波传播过程和时间轴反向建模方法反演方法。时间轴反向建模方法已经在勘探地球物理学中得到长足的发展,在本文中借鉴相关研究方法,对混凝土标本做了基于信号的声发射分析采集到了混凝土破坏时的声发射信号。随后这些信号依据时间顺序反,时间轴反向建模方法采用所获得的反向声发射信号作为定位运算的初始边界条件,在原来采集的位置重新发射回试块中。这些弹性波会像倒带一样在试块内部反向传播直到时间为零,最终弹性波会同时到达震源的位置,在震源位置形成共振,因此其发射源的位置出现能量集中的现象。利用这一现象本文提出了最大能量浓度方法,在模型相应位置可视化震源。作为验证的方法,本文还通过CT成像线获得三围损坏模型验证了时间轴反向建模方法的准确性。声发射具有无损、实时性的特点,通过事实定位成像,可以了解混凝土损伤裂纹的生长情况,及时作出补救或者灾难预警。研究显示,时间轴反向建模方法适合混凝土的健康监测。混凝土开裂导致的声发射可以用时间轴反向建模方法成功定位。
【关键词】：声发射 三维混凝土数值模型 有限差分法 反演损伤定位
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU755.7
【目录】：
- 摘要3-4
- ABSTRACT4-8
- 1 绪论8-13
- 1.1 研究背景及意义8-9
- 1.2 混凝土健康检测国内外研究现状9-11
- 1.2.1 混凝土材料的声发射研究现状9-10
- 1.2.2 弹性波动方程研究现状10-11
- 1.3 项目课题来源11
- 1.4 主要研究内容11-13
- 2 基础知识13-27
- 2.1 声发射的原理13-14
- 2.2 信号的测量与分析原理14-17
- 2.2.1 声发射信号分析原理14-15
- 2.2.2 传感器及安装方法15-16
- 2.2.3 数据采集系统16-17
- 2.2.4 前端信号放大器17
- 2.3 基于信号的声发射解析方法与傅里叶变换（FT）17-19
- 2.4 仪器响应函数和信号的反卷积19-21
- 2.4.1 信号的反卷积19-20
- 2.4.2 仪器响应函数的推导20-21
- 2.5 波动方程的建立21-25
- 2.5.1 应力-应变的的关系21-22
- 2.5.2 运动方程的推导22-24
- 2.5.3 弹性波动方程基本解24-25
- 2.5.4 声发射震源表示25
- 2.6 本章小结25-27
- 3 混凝土声发射数值模型的建立27-40
- 3.1 骨料数学模型27-36
- 3.1.1 坐标转换28-29
- 3.1.2 骨料的移动方法29-30
- 3.1.3 控制填充密度的级配曲线30-32
- 3.1.4 位置和参数的随机化方法32
- 3.1.5“叠加颜色值”法判断叠加干涉32-33
- 3.1.6 三维数值模型的建立33-36
- 3.2 CT层析扫描建立损伤模型36-39
- 3.2.1 X射线断层扫描的原理36-37
- 3.2.2 CT图像的阈值分割37-39
- 3.3 本章小结39-40
- 4 波动方程的有限差分法数值解40-52
- 4.1 二维有限差分方程交错网格离散40-43
- 4.2 三维有限差分方程交错网格有离散43-45
- 4.3 波动方程频散关系和差分格式数值频散45-46
- 4.4 差分格式的稳定性分析和边界条件46-47
- 4.5 模型仿真实验47-51
- 4.5.1 弹性波穿过三层模型模拟47-49
- 4.5.2 二维混凝土数值模型声波传播模拟49-50
- 4.5.3 三维混凝土数值模型的波场模拟50-51
- 4.6 本章小结51-52
- 5 时间逆向方法及混凝土损伤成像52-66
- 5.1 时间逆向定位52-60
- 5.1.1 时间逆向原理52-54
- 5.1.2 波场逆时反演54-55
- 5.1.3 反向定位模拟55-60
- 5.2 损伤的成像方法60-62
- 5.3 实验验证62-65
- 5.3.1 实验准备63
- 5.3.2 加载过程63-64
- 5.3.3 反向定位损伤成像64-65
- 5.4 本章小结65-66
- 结论与展望66-68
- 结论66
- 展望66-68
- 参考文献68-72
- 致谢72-73
- 攻读学位期间发表的学术论文73-74
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