基于激光超声二次谐波检测混凝土材料非线性及剥离损伤

发布时间：2022-08-23 14:47

　　混凝土由于其强度高、操作工艺简单、价格低等优点是土木工程建设领域应用最广泛的建筑材料。然而,随着服役时间的增长,在役结构中的混凝土大多处于早期损伤累积阶段,一旦结构出现明显损伤,结构的承载力已大幅度降低,因此对混凝土结构的早期损伤评估尤为关键。另一方面,在结构加固领域,FRP加固混凝土构件常常因缺少可靠锚固措施导致分界面出现剥离损伤,使得加固结构发生明显的脆性破坏。针对混凝土早期损伤材料特征评估与FRP加固剥离损伤无损检测等问题,目前大多基于线性超声检测,对早期损伤特征和小尺寸剥离缺陷不敏感,故本课题提出基于材料的非线性行为及弹簧模型的界面接触非线性诱导超声波滋生二阶谐波的原理,通过激光超声仿真模拟和等效压电超声实验研究,论证本方法对检测混凝土材料的早期损伤和FRP加固结构剥离损伤的可行性。运用虚功原理建立了热-位移单向耦合微分方程的等效积分形式,离散化得到激光超声热弹耦合方程的有限元形式。利用界面非线性反射技术推导了二维Rayleigh波在非线性介质中传播的基波和二次谐波位移,得出Rayleigh波作用下材料的非线性系数。分析了界面分层弹簧模型与超声波相互作用的开合效应所产生的二阶谐... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究的背景和意义
        1.1.1 课题的来源
        1.1.2 研究的背景与意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 激光超声技术国内外研究现状
        1.2.2 非线性超声谐波技术国内外研究现状
        1.2.3 国内外研究综述的简析
    1.3 主要研究内容和方案
第2章 激光超声与非线性超声波动理论分析
    2.1 引言
    2.2 激光激发超声波原理分析
        2.2.1 热弹性耦合微分方程
        2.2.2 热传导方程有限元形式
        2.2.3 热弹方程有限元形式
    2.3 非线性超声波动理论分析
        2.3.1 Rayleigh波动方程及线性解
        2.3.2 Rayleigh波运动方程非线性解
        2.3.3 弹簧模型的接触非线性分析
    2.4 本章小结
第3章 非线性细观混凝土模型研究
    3.1 引言
    3.2 等效细观混凝土建模分析
        3.2.1 混凝土随机骨料模型
        3.2.2 非线性细观单元等效化方法
        3.2.3 等效细观单元弹模数据统计分析
    3.3 本章小结
第4章 混凝土材料非线性检测研究
    4.1 引言
    4.2 激光超声检测混凝土数值研究
        4.2.1 强度调制激光激励源参数
        4.2.2 非线性细观混凝土模型
        4.2.3 计算步长与网格划分
        4.2.4 瞬态响应信号处理及分析
        4.2.5 混凝土材料非线性与弹性模量
    4.3 压电超声检测混凝土实验研究
        4.3.1 素混凝土制备
        4.3.2 混凝土材料非线性超声检测系统
        4.3.3 敲击共振基频检测系统
        4.3.4 混凝土材料非线性实验检测结果
    4.4 本章小结
第5章 FRP加固结构剥离损伤检测研究
    5.1 引言
    5.2 激光超声检测剥离损伤数值研究
        5.2.1 二维FRP加固剥离损伤模型
        5.2.2 二维剥离损伤模型的检测和定位
        5.2.3 三维FRP加固剥离损伤模型
        5.2.4 三维剥离损伤模型的检测和定位
    5.3 压电超声检测剥离损伤实验研究
        5.3.1 FRP加固混凝土剥离损伤试件
        5.3.2 非线性超声实验检测系统
        5.3.3 FRP加固剥离损伤检测实验结果
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3677960