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高频超声导波在锚杆锚固体系中传播特性的研究

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高频超声导波在锚杆锚固体系中传播特性的研究

作者：杨冠林太原理工大学

学位级别：硕士

近年来,锚杆锚固技术在国内外的工程界应用广泛。但是对于锚杆锚固质量的检测还没有十分科学有效的方法,传统的拉拔试验和取芯法具有破坏性,不能进行大规模的推广。因此人们想到了用无损检测的方法对锚杆锚固质量进行检测,超声导波法作... 详细信息

近年来,锚杆锚固技术在国内外的工程界应用广泛。但是对于锚杆锚固质量的检测还没有十分科学有效的方法,传统的拉拔试验和取芯法具有破坏性,不能进行大规模的推广。因此人们想到了用无损检测的方法对锚杆锚固质量进行检测,超声导波法作为无损检测领域一个新的方法被应用到了锚杆锚固质量的无损检测。本文基于超声导波传播理论,通过大量的实验研究和数据分析,揭示了超声导波在锚固锚杆和自由锚杆中的传播规律和特性,为将超声导波应用于实际工程中的锚杆锚固质量的无损检测奠定了基础。主要研究工作包含以下几个方面：一、对锚杆锚固质量的传统检测方法和无损检测的方法进行了介绍、对比和分析,详细介绍了超声导波法的优点。二、介绍了超声导波的概念和高频超声导波在自由锚杆和锚固锚杆中的传播特性和规律。三、通过高频实验装置,采用中心频率为2.25MHz的超声传感器对锚固期内和锚固期结束后的锚固锚杆进行实验研究,对实验数据进行导波速度分析和衰减分析,衰减分析有两种方法：峰值比法和平均振幅比法,最后得到了用高频超声导波检测锚固锚杆有效锚固长度和灌浆密实度的方法四、用Matlab的GUI做了检测锚固锚杆有效锚固长度和灌浆密实度的应用界面,该界面通过自动记录和分析超声导波数据,可以得到锚固锚杆的有效锚固长度和灌浆密实度。

关键词：高频超声导波无损检测锚固期锚杆

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基于高频柱面超声导波的螺栓轴向应力测量

仪器仪表学报 2021年第4期42卷 179-186页

作者：何星亮陈平重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

基于金属杆件中高频超声导波的传播特性,提出使用柱面导波高阶不同模态群速度比值的单探头螺栓轴向应力测量方法。使用数值方法求解考虑晶粒散射衰减的Pochhammer-Chree方程,得到了导波群速度&衰减系数频散曲线,并分析了其在高频区的传... 详细信息

基于金属杆件中高频超声导波的传播特性,提出使用柱面导波高阶不同模态群速度比值的单探头螺栓轴向应力测量方法。使用数值方法求解考虑晶粒散射衰减的Pochhammer-Chree方程,得到了导波群速度&衰减系数频散曲线,并分析了其在高频区的传播规律。结合非线性声学以及弹性力学理论,推出基于群速度比值的螺栓轴向应力测量方法。搭建超声应力测量平台,讨论了脉冲超声激励下的实测导波信号特点并提出使用经验小波算法对信号进行模态分解,有效获取了信号中特定模态的群速度。使用该方法以及传统的纵横波声时比法进行了螺栓轴向应力对比标定和测量实验,结果表明前者平均测量误差约为4%,其精度明显高于传统方法(平均测量误差6%)且具有更简便的测量流程。

关键词：高频超声导波声弹性效应 Pochhammer-Chree方程

高频纵向超声导波在锚杆中传播特性数值模拟研究

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矿业研究与开发 2019年第9期39卷 135-140页

作者：曾杰张昌锁张旭进太原理工大学矿业工程学院

针对超声导波在锚杆检测中的应用,分析了纵向超声导波在自由锚杆中的传播特性,利用MATLAB求解了纵向超声导波传播的频散方程和轴向、径向位移方程。用有限元数值方法模拟了不同频率的高阶模态(1~3MHz)超声导波在锚杆中的传播特性,并对... 详细信息

针对超声导波在锚杆检测中的应用,分析了纵向超声导波在自由锚杆中的传播特性,利用MATLAB求解了纵向超声导波传播的频散方程和轴向、径向位移方程。用有限元数值方法模拟了不同频率的高阶模态(1~3MHz)超声导波在锚杆中的传播特性,并对其顶端及激发端响应信号进行了分析,通过将理论与数值模拟结果对比分析验证了数值模拟方法的可行性。根据求解的位移方程,得到了所需频率及模态的波结构,然后按照得到的波结构进行位移加载尝试激发单一模态,并对模拟结果进行了分析。

关键词：高频超声导波锚杆频散特性数值模拟

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超声导波在锚杆锚固体系中的传播的数值模拟

超声导波在锚杆锚固体系中的传播的数值模拟

作者：赵宇亮太原理工大学

学位级别：硕士

近年来,锚杆锚固技术在国内外工程实践中得到了广泛的应用。有效的锚杆检测方法是工程中迫切需要解决的问题,传统拉拔法和取芯法具有破坏性,限制了其在工程中的使用。为了克服传统方法的缺点,研究人员使用各种不同的办法进行了测试研究... 详细信息

近年来,锚杆锚固技术在国内外工程实践中得到了广泛的应用。有效的锚杆检测方法是工程中迫切需要解决的问题,传统拉拔法和取芯法具有破坏性,限制了其在工程中的使用。为了克服传统方法的缺点,研究人员使用各种不同的办法进行了测试研究,无损检测方法达到了最好的效果。超声导波法是无损检测领域中的一个新方法,由于体波检测距离极短,人们把视线重新移向了导波,现在认为导波的频散特征非常敏感,恰恰可以作为分析工程质量的参数。导波的特性是多模态和频散,由于其复杂性条件的稍稍改变都可能引起结果的不同,实验时就有很大的盲目性,耗时长、工作量大。数值模拟恰恰可以克服上述缺点,是导波研究中必不可少的重要工具。本文以导波理论为基础,探索导波在锚杆中的传播的数值模拟方法,掌握了模拟导波的核心技术,并对模拟结果的可靠性、准确性做了大量的探索,同时也对程序的命令流进行了优化,使之简单、高效,省去了人工调试环节。在正确模型的基础上,本文分别对自由锚杆和锚固锚杆做了模拟,进行了大量的工作。自由锚杆结构从以下三方面进行了探索：其一是自由锚杆时的频散曲线特征,这在理论中已经非常的清楚,模拟结果与之对应的非常准确。其二是导波频率不同时的模拟分析,对于一定的锚杆结构,存在最佳的激发波。第三是频率相同但锚杆结构变化时的模拟。锚固锚杆结构中也从三方面进行了研究：首先是锚固锚杆的频散特征,这在理论中不明确,本文通过模拟作了适当的探索。其次是锚杆模型锚固的混凝土厚度对实验的影响,其出发点是研究实验室模型尺寸的合理大小。最后是模拟了不同锚固质量的锚杆。重要结论如下：一、三维实体模型虽然更符合实际,但是导波模拟对单元的要求,使之计算量太大,轴对称模型则可以很好的解决这个问题。在实际中,在很多情况下只使用纵向模态,此时轴对称模型无疑是最佳的选择。二、数值模拟体波时一个波长内有8个单元可使体波传播速度的误差在1%以内。通过对导波的大量模拟,发现模拟导波时一个波长内有8个单元远远难以满足要求,而在一个波长内有30个单元左右时模拟结果比较精准,可以作为参考值。三、在以往的研究中,研究者通常都忽略加载曲线周期数的影响,其实其对结果影响非常大。在高频时,因波长较短,所以应大大地增加周期数。四、导波在自由锚杆中传播时,锚杆的半径不同,速度变化很大。在一个具体的条件下探索最佳激发波,用理论求解频散曲线加数值模拟的方法是较为简单的方法。五、波传播的速度是波频率同波导半径的乘积(Pa)的函数。在自由锚杆模型中波导半径就是锚杆的半径a,但在锚杆锚固体系中,理论上波导半径不明确,有人会认为是a，本文通过研究得出锚杆锚固结构中混凝土和锚杆共同形成波导体,锚固的混凝土厚度在一定的范围内时,比较薄的时候,它们作为一个整体,此时波导半径就是整体的半径。锚固厚度超出这个范围的时候,由于导波集中在钢筋的中心传播,距离较远的混凝土对其的影响很小,此时的波导半径由锚杆和一部分岩石构成,其规律还需要做进一步研究。

关键词：高频超声导波无损检测锚杆数值模拟

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锚杆锚固质量无损检测方法分析

煤矿安全 2014年第5期45卷 212-215页

作者：张胜利张昌锁王银涛太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

为了有效检测在各种工程实际中所使用的锚杆锚固质量，采用理论分析和实验室测试的方法分别研究了自由锚杆和锚固锚杆的高频超声导波传播规律，在2．25～15MHz导波频率范围内，对不同锚固质量的锚固锚杆进行了扫频，并根据实验结果得出... 详细信息

为了有效检测在各种工程实际中所使用的锚杆锚固质量，采用理论分析和实验室测试的方法分别研究了自由锚杆和锚固锚杆的高频超声导波传播规律，在2．25～15MHz导波频率范围内，对不同锚固质量的锚固锚杆进行了扫频，并根据实验结果得出了不同锚固质量的锚杆的峰值比以及其随增益的变化曲线，与理论衰减频散曲线相吻合。研究结果表明，在一定的频率范围内，同一频率的峰值比几乎不随增益变化而变化，且对大于7．5MHz的高频导波不适合用来检测锚杆锚固质量做出了初步研究。

关键词：高频超声导波锚固锚杆峰值比增益频散频谱分析