超声法在风机基础损伤的应用研究

针对风机基础普遍存在基础环周边的混凝土疲劳损伤,通过设置泡沫等模拟风机基础内部损伤,利用平测、斜测和扇形扫测相结合的方法进行超声检测并成功检测到缺陷区域.同时,考虑到实际工程中风机基础环内部成孔困难,提出了"切线测缺法",即在基础外侧开孔,利用超声波一定的绕射原理,成功对湖南某问题风机基础下部损伤进行了有效的识别,可以在实际工程中进行推广.     

水分及冻融环境下岩石抗拉力学特性

对红砂岩和页岩2种岩石进行干燥、饱水及开放系统下的冻融循环试验,并对各种状态下的岩样进行巴西试验及抗拉强度测试的有效性分析;分析了岩石的损伤劣化及破坏行为,系统研究了岩性、水分及冻融循环作用对岩石抗拉力学特性的影响,并对岩石抗拉压特性的同一性和差异性进行比较.研究表明：水分对岩石内部微观结构产生影响,削弱了岩石颗粒间的连结力;冻融作用产生的冻胀力与孔隙水压力导致岩石内部出现局部损伤;在水分及冻融循环的作用下,岩石抗拉强度及弹性模量显著降低,红砂岩反映更敏感;损伤不仅受岩石内部缺陷随机分布的影响,更重要的是受应力状态的影响,在拉应力作用下岩石缺陷对强度降低特别敏感.     

金属矿山岩体声发射时间序列特征的试验和模拟研究

针对金属矿山特有的地理地质条件,开展相应岩石声发射试验,确定矿区矿体围岩的时间序列特征,获得岩石破裂冒落声发射参数的危险临界值,并深入研究形成该种声发射信号的破裂机制和破坏特征.然后分别对较均质岩石试样和含有结构弱面的岩石试件进行比较试验,总结弱面裂隙影响下的岩石试件产生声发射信号的规律.利用基于离散单元法的颗粒元程序进行含裂隙岩石试样数值模拟研究,通过降低接触面刚度来模拟岩石内部的损伤,通过不同的模拟条件来研究岩石的破坏情况.研究成果将为分析损伤岩体的声发射规律开辟一条新的研究途径.     

含软弱结构面岩质边坡时效稳定性影响因素的数值模拟分析

基于对岩石材料的力学性质随时间不断衰减、内部细观结构产生损伤并不断积累的认识,引入材料强度退化模型,并在有限元程序中予以实现,从结构面产状、边坡高度及坡角、岩体强度衰减特征等几个方面着手,对边坡的长期时效变形、损伤萌生与演化模式以及影响含软弱结构面岩质边坡的各种因素进行了数值模拟研究。结果表明:结构面的连通率越大,边坡高度及坡角越大,基岩及结构面的长期强度越高,则边坡的时效稳定性越好;降低边坡高度能够显著减小坡顶最大水平位移;结构面倾角对边坡的破坏模式具有重要的影响。     

内置三维裂隙非均匀性岩石渐进破坏数值研究

岩石内部裂隙缺陷对新裂纹的萌生扩展有显著影响,导致岩石强度大幅降低甚至破坏.研究内置缺陷岩石裂纹的萌生、演化与微破裂分布,有助于揭示岩体渐进破坏规律,具有重要的工程意义.采用细观损伤数值方法对单轴压缩下内置裂隙岩石的破坏进行研究,再现不同均质度岩石微破裂萌生、发育、扩展、贯通直至破坏以及整个过程的声发射分布.将数值试验同物理实验比较,结合前人研究进行分析.结果表明,内置三维裂隙岩石裂纹扩展和破坏过程与相应物理实验总体上一致;在较均质岩石中观察到反翼型裂纹,揭示出反翼型裂纹主动偏向翼型裂纹扩展的现象;鱼鳍状裂纹在椭圆裂隙扩展试验中极易出现,并在均质岩石中表现为翼型裂纹与反翼型裂纹以卷曲面形式扩展形成包裹状破裂面;岩石非均匀性对其应力场,强度,声发射和破坏形式有显著影响,均质性差的岩石易沿着内置斜裂隙发生单截面剪切破坏;细观损伤数值方法可以模拟岩石破裂全过程并揭示微破裂空间位移、聚集规律,研究结果可为研究岩石破坏机理的物理实验和理论分析提供借鉴.     

基于相场法的岩石三点弯曲细观破坏数值模拟

岩石中裂纹的起裂、扩展和贯通等行为是研究岩石变形、强度及稳定性的关键力学问题,通过数值方法预测和分析裂纹扩展行为具有重要意义。相场法在严谨准确的理论框架内,克服了传统断裂力学理论及数值计算方法显式追踪裂纹面的挑战,能很好地模拟裂纹起裂、扩展、分叉和多裂纹相互贯通。本文通过裂纹扩展主要区域建立了能够反映岩石内部细观结构的多尺度模型,利用相场法从细观力学尺度预测和分析了岩石三点弯曲时内部裂纹的起裂、扩展和贯通的破坏过程,分析了矿物颗粒的位置分布和能量释放率等参数对裂纹扩展行为的影响规律。通过与室内岩石三点弯曲宏观和细观试验对比分析,结果表明,相场法能够很好地模拟和预测具有复杂细观结构的岩石内裂纹的萌生、扩展和贯通的破坏过程。     

混凝土热损伤试验研究

利用电测及超声波测试技术测试了混凝土拱型试件制品前缘处热应变及热损伤,给出该结构在温度荷载作用下的热损伤试验结果。文中分析了温度荷载对混凝土结构的热损伤影响,并解释了混凝土热损伤破坏机理。试验成果为进行混凝土热损伤方向的理论研究及工程设计提供了依据。     

岩石损伤本构模型及稳定性分析中的应用

从损伤力学出发,考虑Mohr-Coulomb准则的损伤门槛以及Hoek-Brown强度准则的残余应力,基于岩石强度的Weibull分布假设,提出一种新的岩石损伤本构模型。结果表明此岩石损伤模型能较好地反映岩石应力-应变全曲线;通过损伤模型对岩体强度与变形规律的分析,计算出CDP模型参数,用ABAQUS进行数值模拟。从能量的角度研究结构的破坏过程,用最大弹性变形能来判别结构破坏。结果认为岩体的强度破坏实质上是稳定性问题,属于极值点失稳;并结合塑性区贯通验证合理性,对于研究岩石、混凝土损伤及稳定性有一定的参考价值。     

铝合金轮毂铸造缺陷超声波检测系统的研究

针对铝合金轮毂铸造缺陷造成的汽车安全隐患问题,利用铝合金轮毂铸造缺陷超声波检测技术和原理,采用水浸式超声波检测方法对铝合金轮毂铸造缺陷进行检测,并利用小波变换时频图及超声C图像判断铝合金轮毂的铸造缺陷特征。研究结果表明:水浸式超声波检测技术对铝合金轮毂铸造缺陷的检测,结合超声波A型波和时频图可以判断出铝合金轮毂内部是否有缺陷存在及缺陷的大小和位置,且通过超声波A型波转换得到的超声C图像可以更加直观地判断出缺陷的特征。可见,我们设计的铝合金轮毂铸造缺陷超声波检测系统可用于缺陷检测。     

冻融循环条件下英安岩损伤劣化力学机理研究

岩石的变形及破坏是高寒地区较为常见的工程地质问题,为了揭示岩石在冻融环境下的损伤及变形破坏演化深层规律,选取西藏如美水电站中坝址右岸出露的英安岩为研究对象进行深入分析。首先利用扫描电镜-X射线能谱仪(scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectrometer, SEM-EDS)对英安岩进行矿物成分分析,随后开展单轴压缩试验并结合相关、偏相关分析确定对试样力学特性影响最大的矿物成分。通过模拟研究区真实的冻融环境开展冻融循环试验,结合不同冻融次数下试样物理性质及细观结构的变化情况进行深入分析并采用数值仿真模拟重现冻融循环过程中试样内部温度及应力应变的演化特征,揭示英安岩冻融损伤劣化的力学机理。研究结果表明:英安岩呈现脆性破坏主要是由斜长石和石英的损伤劣化所引起的,其中斜长石和石英矿物晶体间产生的脆性裂纹以及两者游离态晶体颗粒的析出是英安岩劣化微裂隙扩展的关键因素,沿石英和斜长石晶体晶界结构所产生的脆性断裂是英安岩细观损伤延伸扩展的主要形式。数值模拟结果表明:冻融循环过程中英安岩内部的温度变化响应及分布形态主要受细观结构控制,裂隙端部所产生的拉应力及剪应力集中区是裂隙延伸扩展的力学基础。     

利用Lamb波时间反转法的套筒灌浆连接缺陷位置检测

针对装配式建筑中套筒灌浆连接件缺陷位置难确定的问题,建立套筒灌浆连接结构有限元模型,采用Lamb波研究套筒灌浆连接结构中的传播规律。在确定最佳激励信号的基础上,检测出灌浆料损伤缺陷位置。同时设置无损伤测区与有损伤测区。结果表明,有损伤测区聚焦峰值与无损伤测区聚焦峰值均值相比下降11.70%,说明采用Lamb波时间反转法可实现预埋状态下套筒灌浆连接结构内部缺陷位置的判断。其对套筒灌浆连接缺陷定位是有效的,在结构无损检测领域具有良好的应用前景。     

考虑结构面损伤的岩石本构模型与工程应用

含结构面的岩体在应力加载-卸载作用下破坏机理非常复杂,建立含结构面岩体的损伤本构模型是研究的难点。通过对含结构面的岩体建立三维数值模型,研究分析岩体在三轴压缩下的破坏特征,发现含结构面岩体的峰值随着围岩的增加而升高,在单轴压缩下,岩体的峰后强度几乎为零;且含结构的面岩体存在损伤阀值点,得出了岩体损伤劣化行为发生的原因。根据微元统计理论建立了损伤变量与岩体劣化破坏之间的概率密度关系,通过引入修正系数调整了岩体因含有结构面的初始损伤,并拟合出围压与峰前弹性模量的非线性关系,推导出含结构面岩体的损伤本构方程。与已有损伤本构方程进行数据对比,发现本方程可更加准确描述结构面的损伤演化特征,通过FISH语言实现对FLAC3D的二次开发,将本构方程程序化,并以此研究分析了青岛某交叉隧道施工中的沉降问题,发现采用损伤本构模型计算结果与现场实测数据吻合程度较高,反映出损伤本构模型能较好的描述风化花岗岩的损伤劣化效应。建立的含结构面岩体的损伤本构方程对实际施工及理论研究具有重要的参考价值。     

温度加载过程中花岗岩缺陷处局部应力和能量的变化规律

根据热力学理论,充分考虑缺陷的影响,研究并分析温度作用下缺陷花岗岩内部产生热应力的变化机理,推导出花岗岩缺陷处局部应力与温度加载速率、初始温度、最终温度及缺陷等物理参数的函数关系。应用能量理论和损伤力学,充分考虑温度加载速率和热自由能参数在损伤过程中的作用,推导出缺陷花岗岩能量释放率函数的表达式。通过数值模拟,研究了温度加载速率对单裂纹缺陷花岗岩的局部应力和热损伤影响规律,模拟结果和理论推导结果基本统一。研究成果为高温花岗岩热破裂理论提供重要的基础依据。     

片岩损伤裂隙系统定量表征方法的适宜性

岩石损伤过程实质上是内部裂隙系统发育、扩展的过程,定量表征岩石裂隙率是间接获得岩石力学特性损伤劣化规律的关键。首先,通过冻融循环试验和压缩试验,得到武当群片岩单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角等力学参数与冻融循环次数关系。采用CT扫描和超声波测试方法,分别得到试样CT数与冻融循环次数、纵波波速与冻融循环次数之间的关系。对CT数、纵波波速变化规律与力学参数变化规律进行相关性分析。结果表明,纵波波速与片岩力学参数相关性更显著,主要原因可能是超声波更适合于测试微观损伤裂隙。研究结果对于岩石损伤裂隙系统定量化表征具有一定参考价值。     

片岩损伤裂隙系统定量表征方法适宜性分析

岩石损伤过程实质上是内部裂隙系统发育、扩展的过程,定量表征岩石裂隙率是间接获得岩石力学特性损伤劣化规律的关键。首先,通过冻融循环试验和压缩试验,得到武当群片岩单轴抗压强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角等力学参数与冻融循环次数关系。采用CT扫描和超声波测试方法,分别得到试样CT数与冻融循环次数、纵波波速与冻融循环次数之间的关系。对CT数、纵波波速变化规律与力学参数变化规律进行相关性分析,结果表明,纵波波速与片岩力学参数相关性更显著,主要原因可能是超声波更适合于测试微观损伤裂隙。研究结果对于岩石损伤裂隙系统定量化表征具有一定参考价值。     

红外热像技术在无损检测中的应用研究进展

介绍了红外热像技术的工作原理及特点,对红外热像技术在材料内部缺陷检测、材料传热参数的检 测、结构内部损伤检测、建筑节能监测、建筑物饰面层粘贴质量的检测、建筑物渗漏检测中的研究进展作了 进行了分析和总结,展望了红外热像技术在无损检测中的应用前景．     

超声波在已建结构非破损微破损检测中的应用

分析了超声波对混凝土结构和钢结构内部缺陷的检测 ,分析结果表明 ,超声波在已建结构非破损、微破损检测中有着广泛的应用。     

框架结构缺陷识别的小波信息熵方法

为有效检测框架结构缺陷,将小波分析和信息熵理论相结合,提出了一种基于小波信息熵的框架结构损伤缺陷以别方法。该方法首先对框架结构振动响应信号进行多分辨率分解,然后利用小波信息熵提取结构损伤特征信息,得到表征结构状态的信息熵指数,最后识别出框架结构缺陷的位置。并在一个三层结构框架模型上进行了仿真分析,分析结果表明:所提出的方法能在被测对象数学模型未知情况下,准确有效地对框架结构损伤进行识别与定位。     

微波照射下花岗岩损伤演化规律及本构模型研究

为进一步分析微波破岩机理,对微波照射下硬岩损伤演化规律及其本构行为进行了研究。首先,对岩石进行弹性微元假设,结合微元强度准则和三参数Weibull分布,推导出微波作用后硬岩损伤演化方程和本构模型以及各参数确定公式,然后,采用不同微波功率照射后的花岗岩超声波检测和单轴压缩试验结果对模型进行验证。结果表明,建立的模型理论曲线与试验曲线具有较高的吻合度,能反映出花岗岩破裂的应力应变过程,且模型各参数的物理意义及对模型的影响规律明确,虽然峰后拟合存在一定偏差,但仍可以基本反映岩石经微波照射后的弱化规律。对经微波照射后的岩石本构方程进行深入研究,可为微波照射岩石的相关计算和数值模拟提供一定的参考,有助于促进微波辅助破岩技术的发展。     

WVD交叉项在结构损伤识别中的应用

针对桥梁结构在运营过程中多种因素及各类荷载作用下出现结构损伤且难以识别的问题,通过对线性及双线性时频分布的特性进行分析,设计MATLAB程序用于WVD交叉项的提取,提出WVD交叉项在结构损伤识别中的应用。使用ANSYS软件建立简支梁有限元仿真模型,模拟结构损伤并进行仿真实验,初步验证了WVD交叉项幅值变化率可以识别结构的损伤位置和损伤程度。在实验室斜拉桥缩尺模型上进行损伤试验,对采集的加速度信号进行分析,结果表明WVD交叉项能够较好的反应结构的损伤情况。试验及数值分析结果对工程结构损伤识别研究具有一定参考意义。