超声导波在城市燃气管道泄漏定位的适用性

通过实验室测量、理论计算、MATLAB仿真和现场实验测试等方法,研究超声导波在城市燃气管道泄漏定位的适用性,得出:超声导波在不同类型防腐层钢管上传播时的群速度和相速度不同。超声导波在3PE防腐层钢管上传播时,可使用20～60 kHz超声导波检测频率;在环氧煤沥青防腐层或FBE防腐层钢管上传播时,可使用20～80 kHz超声导波检测频率。超声导波的检测精度较高,缺陷孔径最低可分辨直径为2 mm,轴向分辨率可达6 mm。     

基于压电阻抗的钢管混凝土柱界面缺陷检测研究

在介绍基于压电阻抗的缺陷检测基本原理的基础上,利用压电传感器的压电阻抗测量对一大比例不规则多腔钢管混凝土试件中钢管内壁与核心混凝土之间的模拟界面剥离缺陷进行检测试验研究。对压电传感器在不同频段的机电耦合阻抗进行测量,基于压电阻抗测量值差的均方根定义损伤指标。结果表明,基于压电材料机电耦合阻抗测量可以实现属于隐蔽缺陷的钢管混凝土柱界面剥离缺陷的有效检测。     

基于匹配追踪的L模态超声导波检测复合 绝缘子芯棒缺陷研究

传统的复合绝缘子缺陷检测方法主要集中在芯棒外部结构的缺陷上,并不能有效发现芯棒本身中的缺陷,为此提出了一种针对芯棒本身缺陷且能定量估计缺陷大小的检测方法:基于匹配追踪的L模态超声导波检测。通过建立芯棒模型分析了L模态超声导波在芯棒中的传播特性,确定了导波检测的频率范围。基于理论分析,以10周期40 k Hz的导波为激励信号,选取芯棒缺陷轴向长度为8 mm和2 mm,进行了有限元仿真和实验。仿真和实验结果表明:L模态超声导波能准确地检测出复合绝缘子芯棒中的缺陷,且通过Gabor原子构建波形字典,运用匹配追踪算法估计出芯棒缺陷轴向长度的相对误差分别为5. 4%和16. 35%。理论分析、有限元仿真和实验一起验证了该方法的可行性、有效性,为复合绝缘子芯棒缺陷的检测和定量分析提供了一种新的思路。     

基于压电陶瓷的钢管混凝土柱剥离损伤识别研究

设计和制作了一个局部区域存在模拟界面剥离损伤的矩形钢管混凝土柱,将压电陶瓷片用水泥砂浆封装制成驱动器,预埋入钢管混凝土柱混凝土内部,在信号源产生的正弦扫频电压信号的作用下产生激励信号,同时在钢管外壁不同区域粘贴压电陶瓷片作为传感器,测量具有模拟剥离损伤的钢管混凝土柱四个监测面上压电陶瓷片传感器的输出电压。分别对位于完好界面和模拟剥离损伤区域压电传感器输出信号进行了小波包总能量和小波包能量谱分析。发现完好区域小波包能量谱相对于小波包总能量而言离散性更小,且与压电陶瓷位置和应力波传播路径无明显关系。而剥离区域的小波包能量谱具有明显的差异,在此基础上提出了基于小波包能量谱的加权相对变化损伤指标,基于该指标对试验模型的界面损伤区域进行了准确识别。将该方法用于某超高层建筑的大截面钢管混凝土柱的混凝土质量和界面粘结性能的评估中,分析结果表明该钢管混凝土柱的混凝土质量和界面间接性能良好。本文所提出的方法为监测钢管混凝土柱内部混凝土与钢管壁粘结状况提供了一种新的思路。     

矩形管截面塑性极限承载力相关关系

随着钢管加工制作工艺的发展,矩形钢管结构的应用也越来越普及.因此,对矩形钢管截面在复杂内力下的极限承载力相关关系的准确了解就显得很有必要.简述了矩形截面钢管极限承栽力的研究现状,对矩形管截面塑性极限状态下的弯矩-剪力相关关系进行了推导,并通过有限元参数分析,以截面高跨比和腹板-翼缘面积比为参数,分析了剪力对矩形管截面极限弯矩的影响.最后,给出了轴力、弯矩、剪力和扭矩共同作用下矩形管截面的极限承载力相关关系表达式,并绘制了可供结构设计使用的复杂内力下的极限承载力相关曲面.     

基于自适应最稀疏时频分析的电力线线夹段缺陷检测研究

电力钢绞线是电能输送的载体,电塔上的悬垂线夹是提拉电力钢绞线的关键部件。悬垂线夹结构具有半封闭特点,导致线夹内的钢绞线在受到风载、雨水侵蚀或雷击等外部作用后,更易产生较为隐蔽的缺陷。为有效检测线夹段架空线缆的状态,根据线缆的常见缺陷特征及导波特性,提出了一种基于ASTFA和信号时频熵的损伤识别方法。首先,对GJ100型钢绞线中的导波传播特性进行分析;其次,引入自适应最稀疏时频分析算法和时频熵构建损伤评估指标,并对有限元仿真信号进行指标计算,初步验证该指标的有效性;最后,实验室及现场的实验证明了该方法具有可行性。结果表明：（1）低频低阶纵向导波更适用于钢绞线检测,本文选取64 kHz的L(0,1)模态;（2）随着损伤程度的增加,损伤评估指标的值上升,且导波频率对指标值的影响有限;（3）根据实验划分了损伤程度评价范围,现场试验证明该指标较为可靠。     

大截面钢管混凝土柱界面性能与混凝土的质量检测方法

混凝土质量以及界面粘结性能的损伤和缺陷的存在会对结构性能造成负面影响,必须采取新手段对钢管混凝土柱中混凝土的浇筑质量以及钢管混凝土柱钢管与混凝土的粘结性能进行必要的检测与评估。结合工程实践,应用压电应力波测量和压电机电耦合阻抗测量的检测方法,有效地解决了钢管混凝土柱界面与混凝土质量检测的难题,可供类似项目借鉴。     

基于超声导波合成聚焦的波纹管缺陷检测研究

波纹管广泛应用于建筑工业领域中的隔振排桩,对减小建筑振动有重要作用。它的损伤情况直接关系到相关构件的使用寿命和正常功能,对其进行无损检测是评价其工作状况的有效手段。本文建立了波纹管的有限元模型,对其导波模态进行了分析,得到了其相应频散曲线。运用有限元仿真软件模拟了超声导波在波纹管上的传播过程,提出了基于合成聚焦的算法,得到了合成聚焦后的信号。研究结果表明,该方法可以准确地获得缺陷的位置和缺陷的形状,大幅提高了可靠性和准确性,对波纹管的缺陷检测具有良好的应用前景。     

基于压电导波的钢梁损伤检测实验

本文对压电导波应用于钢梁损伤检测进行了实验研究。实验利用压电陶瓷片(PZT)作为导波激励器和接收器,选择1000 mm×30 mm×20 mm的Q235钢梁。首先根据MATLAB求解出的钢梁频散曲线,选择3.5周期,Hanning窗调节的50 k Hz正弦信号作为实验激励信号。实验中,利用双片加载产生的单模态导波(A0导波和S0导波)作为激励信号,并选择不同位置的3个PZT片作为接收器进行损伤检测。实验结果表明:损伤会引起激励信号的反射和透射;A0和S0模态导波都可对损伤进行高精度定位,其中S0导波比A0导波精度高,且将激励器和接收器置于损伤同侧可提高定位精度;损伤反射导波幅值和端面反射导波幅值与损伤程度之间具有很强的线性相关性;通过粘贴200 g砝码实验,得知导波法对结构微小质量增加变化的敏感性很低。     

超声波检测矩形钢管混凝土脱空缺陷的研究

超声波作为检测钢管混凝土内部密实度和缺陷的重要手段,在国内工程检测领域已得到应用。本文以足尺矩形钢管混凝土试件作为研究对象,对自密实混凝土的脱空缺陷采用超声波进行测试,提出了较为准确的脱空缺陷声速判断方法。采用压力灌浆对缺陷进行处理试验并进行效果验证,提出有效的处理方法。     

钢丝缺陷磁致伸缩导波检测信号特性实验研究

缆索体系作为现代土木建设广泛应用结构之一,作为主要承载部件对整体结构的安全性和使用寿命至关重要。磁致伸缩导波无损检测技术在缆索损伤和腐蚀检测方面具有检测长度大,覆盖结构区域广等优势,逐渐成为应用广泛的缆索新型无损检测方法。磁致伸缩导波无损检测技术在损伤和腐蚀的定性问题上已经比较稳定,缺陷尺寸和缺陷回波的定量关系与诸多因素有关,本文对缆索的基本单元高强钢丝的缺口检测信号进行了实验研究,得到缺陷回波反射系数与钢丝缺陷截面损失率的关系,发现其与抛物线非常近似;本研究为钢丝及钢丝拉索的损伤和腐蚀磁致伸缩导波无损检测的定量评价提供了基础。     

轴向循环荷载作用下有矩形缺陷钢管的应变棘轮:数值模型

轴向循环荷载作用下,钢管易产生局部屈曲、起皱及塑性应变。由于反复的开启/关闭和温度变化,海底管道处于加载和卸载循环中。在工作中,由于受腐蚀,壁厚变薄,钢管通常发生材料损伤。建立数值模型,模拟循环荷载作用下有矩形缺陷钢管的棘轮性能。钢管首先受单轴轴向压缩,小幅起皱,随后施加持续轴向循环荷载。采用非线性各向同性/随动(混合)硬化模型,模型各参数通过小型试件的滞回试验获得。钢管棘轮性能的数值结果与试验数据基本吻合。相比于动力性能,表面缺陷对有缺陷钢管的棘轮性能影响更大。基于本模型,还可研究初始应变、应力振幅、加载制度、壁厚和材料硬化属性等因素对有矩形缺陷钢管的棘轮性能和连续塑性屈曲性能的影响。     

矩形钢管混凝土柱的超声波检测试验及计算公式研究

分析了目前用于矩形钢管混凝土柱计算的三种理论,依据理论分析和钢管混凝土超声波检测的试验数据,提出了矩形钢管混凝土柱计算中叠加原理的应用论据。基于日本矩形钢管混凝土柱计算的叠加理论,按照计算简洁、概念明确和安全可靠的原则,确定了矩形钢管混凝土柱的计算公式,并用于天津市钢结构住宅设计规程(DB29—57—2003)。     

基于波的定向传播行为的加筋板结构损伤检测方法研究

通过提取波数空间信息的方法,研究二维板结构的相关力学行为及其传播特性。研究结果表明:在中频激励下,加筋板结构会产生导波定向传播现象。据此分别建立正常模型和损伤模型并进行分析,解决了检测结构损伤存在性问题,为后续的试验工作打下了基础。与结构健康监测领域传统的智能材料主动控制与兰姆波相结合的研究方法相比,此检测方法工作频率相对较低且易于操作。     

几何缺陷对双向偏压作用下矩形钢管混凝土柱受力性能影响分析

矩形钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁具有便捷的连接方式和节点构造,被广泛用作现代建筑中的结构柱,其常常处于双向压弯状态。考虑组合柱中的相互作用和截面扭转变形的影响,建立了精细化的矩形钢管混凝土柱双向偏心受压作用下力学性能分析的有限元模型,计算结果与已有双向偏压矩形钢管混凝土柱试验结果吻合较好。文章重点分析了初始几何缺陷对构件受力性能的影响。分析结果表明,初始几何缺陷会减小构件沿强轴变形的刚度,增强沿弱轴变形的刚度;几何缺陷控制在构件长度的1/1000以内时,其对极限承载力的影响可忽略。     

钢绞线中纵向模态衰减特性的试验研究

以研究自由钢绞线和埋入水泥介质的钢绞线中超声导波纵向模态的衰减特性为目的,首先理论分析了钢绞线中心和外围钢丝中纵向模态的频散和多模态特性,之后采用厚度振动型压电陶瓷片端部激励和自行研制的磁致伸缩式传感器接收的方法对公称直径17.80mm的7芯钢铰线进行了最低阶纵向模态导波L(0,1)的激励接收试验。研究结果表明,在自由钢绞线中频带110~160kHz内模态导波L(0,1)的衰减随频率的增加而减小;在埋置于水泥介质的钢绞线中,频带110~160kHz内模态导波L(0,1)幅度随水泥埋置长度的增加而减小。这些试验结果为分析纵向模态对钢绞线的检测能力提供了试验依据,为超声导波技术应用于钢绞线健康检测奠定了基础。     

基于嵌入压电技术的钢管混凝土界面缺陷检测

钢管混凝土构件的钢管对核心混凝土的约束是二者共同工作的基础,钢管壁与混凝土的界面剥离将削弱钢管对混凝土的约束效应,进而影响构件的承载力和延性等力学性能。利用外贴于钢管壁的压电陶瓷作为传感器和嵌入式压电功能元作为驱动器,本文提出了一种基于压电陶瓷波动测量与分析的钢管混凝土构件界面剥离损伤监测方法。对比健康状态下简谐激励下测量信号幅值和扫描激励下小波包能量的差异,定义了基于测量信号幅值和小波包能量的损伤指标。结果表明,利用所提出的压电监测技术和所定义的损伤指标,有效地识别了钢管混凝土构件的界面剥离损伤,损伤指标对损伤程度敏感。     

端锚锚杆工作载荷的导波确定法

 使用纵向导波对端锚锚杆的工作载荷进行无损检测。首先分析端锚锚杆工作载荷在锚杆自由段及锚固段的不同分布特征,然后计算纵向导波在锚杆自由段(承受拉应力)中的传播速度。当锚杆变形在弹性范围内时,随着自由段承受拉应力的增大,同一频率纵向导波在锚杆中传播的群速度逐渐减小,并且群速度与拉应力大小呈线性递减关系;对纵向导波在端锚锚杆锚固段上界面的反射情况进行试验研究,结果表明,45～75 kHz频率范围纵向导波在锚固段上界面有明显的反射回波;提出使用纵向导波在锚固段上界面的反射回波及在锚杆自由段的传播时间来确定锚杆工作载荷的大小,由理论分析得到的工作载荷与导波传播时间的关系曲线与试验结果具有相同的趋势。     

钢管混凝土构件钢管与混凝土界面剥离损伤识别的试验研究

将压电陶瓷片制成嵌入式压电功能元预埋入模拟了局部界面损伤的钢管混凝土柱试件内作为驱动器,在试件钢管外壁粘贴压电陶瓷片作为传感器,驱动器在信号源产生的电压信号作用下产生激励信号,测量钢管混凝土柱试件的监测面上不同位置上传感器的输出电信号.基于压电陶瓷传感器输出信号的小波包总能量和小波包能量谱对界面剥离损伤进行了识别,分别定义了两个界面剥离损伤指标EI和WVWPES,为监测钢管混凝土柱内部混凝土与钢管壁界面粘结质量提供了新的思路.     

矩形钢管混凝土桁架与圆形钢管混凝土桁架受力性能对比分析

应用非线性有限元方法,对矩形钢管混凝土桁架的受力性能进行了分析,并与圆形钢管混凝土桁架的受力性能进行了比较.结果表明:矩形钢管混凝土桁架的承载力相对于圆形钢管混凝土桁架的承载力要低些,但是结构的塑性和延性都相对较好,与圆形钢管桁架的差别不大;另外,由于矩形钢管混凝土桁架在制作和施工上的方便,弥补了承载力相对较低的缺陷,在经济上仍具有一定的优势.因此,矩形钢管混凝土桁架在桥梁工程上具有较为广泛的应用前景.