锚杆中纵向超声导波传播特性数值模拟研究

针对导波在锚杆检测中的应用,分析了纵向导波在锚杆中的传播特性,利用Matlab求解了纵向导波传播的频散方程,用有限元数值方法模拟了不同频率的L(0,1)模态导波在锚杆中的传播特性,并对其杆顶响应信号进行了分析。通过理论和数值模拟分析对比验证了数值模拟方法的可行性,对于工程中应用导波对锚杆进行检测时,应选择适当频率的导波,并结合各频率导波在锚杆中的传播特性才能得到可靠的结果,进而对锚杆顶端对称与非对称激励震源在锚杆顶端产生的响应进行了分析。     

端锚锚杆锚固质量检测最佳激发波的数值模拟

研究在检测端锚锚杆锚固质量时的最佳激发波. 针对一种特定型号的端锚锚杆进行数值模拟,确定了数值模拟中不同频率激发波下有限元模型网格的最佳尺寸,得到了针对该型号锚固锚杆质量检测的最佳激发波,在锚杆顶端可以看到清晰的上界面和底端反射波. 利用此最佳激发波对脱锚锚杆进行模拟,可以清楚地看到脱锚段的反射波. 因此,在工程上可以直接使用此最佳激发波对锚固锚杆进行锚固质量检测.      

管道导波检测探头背衬层参数和频率特性的实验研究

通过对不同材料参数配比制作的导波探头背衬层进行试验,研究超声导波在一定的频率范围内焊缝第一次反射回波系数和端面反射系数及频率的关系。分析不同配比背衬层对信号的影响,确定激励导波的最佳频率范围。试验表明:随着碳化硅比例的增加,PZT传感器的相对灵敏度降低;碳化硅的比例降低时,传感器接收到的杂波幅值增大,信噪比降低;不同配比参数的背衬层都存在一个最佳检测频率段,即随着碳化硅比例的增大,缺陷的最佳检测频率段先增大后减小。     

锚杆锚固结构中导波传播的数值模拟

用理论分析、数值模拟和实验测试的方法研究了自由锚杆和锚固锚杆中的波传播特性.研究结果显示在测试激发波的频率范围内(10～100 kHz),锚杆中传播的波是一个和边界条件相关的导波,不同频率的波在锚杆中传播的速度不同.同时分析了采用有限元模拟锚杆中传播的导波时网格密度对模拟结果精度的影响.模拟体波时一般要求在波传播方向上的N值(一个波长内的单元数)大于20,但模拟杆状结构中的导波传播时N值要大于30,并且径向(垂直波传播方向)的N要求比轴向(波传播方向)N值更大.而且模拟不同频散特性的波需要用不同的N值,也就是说对于同一频率的波,频散越大,所需要的N值亦越大.实验室对自由锚杆和锚固锚杆的测试结果与数值模拟的结果取得了很好的一致性.     

树脂锚杆锚固段剪应力分布及其损伤模式分析

为了分析树脂锚杆锚固段剪应力分布及其承载、损伤机理,提高树脂锚杆支护在煤矿现场应用的有效性,首先根据煤矿树脂锚杆的围岩环境和受力特点,基于集中载荷作用于半无限体表面和无限体内部的弹性力学解得到了树脂锚杆在非锚固段围岩破碎和完整时的锚固段锚固界面剪应力计算式,分析了锚杆杆体拉力在锚固段锚固界面的剪应力形成机理;然后采用FLAC数值模拟软件模拟了树脂锚杆锚固段的承载及变形,得到了树脂锚杆在一定载荷和围压作用下锚固界面塑性发展趋势;最后以混凝土试块模拟围岩,并在混凝土试块预留孔中锚固了树脂锚杆进行实验室拉拔试验,得到了树脂锚杆锚固段剪应力分布及其增加趋势.结果表明,树脂锚杆剪应力开始时呈负指数形态分布,随着锚杆拉应力的增大,锚固起始端剪切破坏剪应力降低,无围压时峰值剪应力迅速向较深部锚固界面移动并锚固失效,有围压时锚固界面在锚固起始端剪切破坏后仍有较大的锚杆拉应力发展范围.     

全长粘结式砂浆锚杆的力学特性数值分析

目前,对岩石锚杆的锚固机理和锚固效果的研究大多是通过现场试验的数据来进行,本文在总结现有研究的基础上,采用有限元软件对岩石锚杆的作用机理进行模拟研究,分析了在拉拔荷载作用下锚固段的应力、岩体内的位移及锚杆轴力的分布特点和衰减规律.研究发现,锚固段界面上的应力、位移及锚杆轴力主要分布在锚固段顶端以下一定范围内,随锚固深度的增加逐渐衰减并趋于零.本文的数值模拟研究对岩石锚杆的支护设计和提高施工水平具有重要的意义.     

管道缺陷超声导波监测信号匹配追踪去噪

采用超声导波进行管道缺陷监测过程中混入干扰噪声严重影响缺陷反射回波的提取和识别,本文提出了一种新的管道缺陷超声导波监测信号匹配追踪去噪方法。将Hanning窗调制的正弦波激励信号经过时间平移和幅值调制作为基本原子形成自定义过完备波形字典,对管道缺陷超声导波监测信号进行匹配追踪稀疏分解,提取其中有效成分进行信号重构,经多次迭代实现信号去噪。对有限元数值模拟和实际管道缺陷监测信号分别采用传统小波阈值和本文提出的匹配追踪法进行去噪处理,结果表明,当信噪比较低时匹配追踪法明显优于小波阈值法,即使在干扰噪声完全淹没缺陷反射回波的场合,仍然可以提取出清晰干净的缺陷反射回波信号,为正确分析和评估现役管道安全运行状况提供了一条新的途径。     

超声导波在锚杆锚固无损监测中的应用研究

通过试验测试,分析了超声导波在锚杆锚固体系中的反射相位特征和能量衰减变化规律,为锚杆无损检测提供了一种新方法。     

锚杆锚固质量的高频导波检测方法

砂浆锚杆支护是地下工程中应用最为广泛的支护方法,但仍缺乏有效的锚杆锚固质量无损检测方法。根据地下工程中砂浆锚固锚杆的实际使用情况,制作了不同类型的锚杆实验模型。建立了适合现场使用的单传感器测试系统,并利用该系统研究了高频导波在不同试件中的衰减特性。研究结果表明:可以用两次反射的波幅比R及由此导出的衰减系数β定量确定锚杆锚固质量;波幅比R可以定量确定相同长度锚杆的锚固质量,衰减系数β可以定量确定不同长度锚杆的锚固质量;衰减系数β符合线性叠加规律,整体衰减系数等于各部分衰减系数的长度加权和。     

锚杆锚固质量动测法底端反射显现规律研究

根据锚固体系的锚杆动力学及应力波运动学理论，运用应力波反射法，通过分段截取，在自制的模拟试件上进行了大量实验研究，得出了锚杆底端反射的显现与锚杆自由段长度、锚固段长度、波长之间的定量关系：对于水泥锚杆，当自由段长度等于2．5倍波长，或2．87倍锚固段长度，对于树脂锚杆，当自由段长度等于2．5倍波长，或5．882倍锚固段长度时，底端反射消失，并给出了在工程实践中彻底解决锚杆锚固质量动态检测底端反射问题的方法和途径。     

不同围岩级别和锚固介质下锚杆动测波形特征分析

基于应力波反射法,通过不同围岩级别和锚固介质中锚杆的瞬态动力响应实验研究,对锚杆的加速度响应曲线的波形特征进行分析.结果表明,随着龄期的增长,固端反射信号非常强烈,而底端反射信号越来越微弱,甚至很难识别;围岩和锚杆介质均匀密实的锚杆其信号相对平缓一些.     

基于应力波的锚杆锚固质量无损检测研究进展

施工工艺、材料特性、环境与荷载长期耦合作用等因素导致岩土体中锚杆锚固结构产生锚固缺陷,对工程安全构成潜在威胁。对在役锚杆锚固结构开展无损检测是进行锚固质量评估、锚杆质量补强的重要环节。应力波法适应强、发展快,是锚杆锚固质量无损检测技术采用的主要方法。从基于应力波法的锚杆锚固质量无损检测理论、室内模型试验、应力波激振与接收、信号处理与分析、数值模拟方面对国内外锚杆锚固质量无损检测技术研究现状进行了综述。研究表明：中国锚杆锚固质量无损检测技术研究起步晚,但发展迅速;现有锚杆锚固质量无损检测技术较为成熟,可实现黏结型锚杆杆体长度及灌浆密实度检测,但其中仍存在不足,限制了锚杆检测精度与检测长度;针对老旧锚杆服役状态的无损检测方法也较少报道,仍需开展研究。最后结合未来发展趋势对未来可能发展的方向进行了展望,后续研究中,应进一步改进与完善现有理论,研发与升级无损检测技术与设备,拓展锚杆锚固质量无损检测技术适用范围。同时,应构建基于无损检测技术的锚杆服役状态智能评价体系并提出锚杆剩余寿命预测方法。     

导波模态类型对锚固锚杆无损检测的影响

纵向模态、扭转模态和弯曲模态超声导波在锚固锚杆结构中衰减的差异性巨大,研究这3种模态超声导波的传播规律对无损检测中测试波的选择具有重要指导意义.应用全局矩阵法的理论计算方法和数值模拟方法分别对这3种模态导波的频散规律和传播规律进行研究,两种方法的研究结果吻合较好.研究结果表明,纵向模态在高频范围内存在衰减为20~44 dB/m的超声导波;扭转模态的所有导波衰减都大于180 dB/m;弯曲模态的导波衰减也大于50 dB/m.因此,纵向模态高频范围的超声导波由于衰减小、易激发等优点可以作为无损检测中的首选测试波.      

凝固时间和水泥标号对反射波法检测锚杆质量的影响

对反射波法检测砂浆锚杆的物理模型进行理论分析,得到了含阻尼系数的波动方程的解,并采用不同的水泥标号和凝固时间对阻尼的影响进行模拟试验.结果表明,在反射波法对锚杆质量检测的影响因素中,砂浆凝固强度对反射波的传播起主导作用,水泥标号的影响次之.     

柱状多孔媒质结构中声导波

根据Ｂｉｏｔ多孔媒质声学理论及多孔媒质界面边界条件,导出了腔内为流体的柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的广义色散方程。数值计算了其中轴对称和非轴对称声导波的色散特性,考察了流体多孔媒质界面特性及多孔媒质中慢纵波对声导波色散特性的影响。结果表明,利用Ｂｉｏｔ多孔媒质声传播模型和多孔媒质界面边界条件,可以求得柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的色散特性     

超声界面波在充液双金属复合管道中的传播特性分析

随着管道运输行业的发展,复合管道越来越多地应用于机械、能源、化工等领域.利用超声界面波对复合管道的界面位置进行损伤探测成为机械装备超声无损检测研究的新方向.以充液金属复合管道为研究对象,采用多物理场有限元分析软件建立了充液复合管道的有限元模型,利用电信号激励超声界面波,分析了超声界面波在管道中的传播特性,并分析了不同液体对超声界面波的影响.结果表明:与空的复合管道相比,超声界面波在充液复合管道中的传播特性差别明显.在充液双金属复合管道中,超声界面波一部分来自初始激励,另一部分来自液体中激励的超声导波;随着传播的进行,初始激励的超声界面波迁移至固液界面处,形成固-液界面波,并逐渐泄漏至液体中;液体中的超声导波每经过一次管道壁面反射,在固液界面处形成一股新的固-液界面波,从而形成等间隔传播的固-液界面波群组.液体密度影响界面波的能量分布:液体密度越大,界面波能量越分散;液体的纵波波速影响固-液界面波的形成速度:纵波波速越快,固-液界面波形成越快.研究工作和分析结果可为管道损伤检测提供理论依据.