论文部分内容阅读
工程结构中混凝土内部损伤的形成是一个长期积累的过程，这些损伤会影响混凝土结构的可靠性。如果能尽早发现混凝土内部初期形成的损伤，并及时进行修复或安全预警，则可以减少甚至避免很多工程事故的发生。但目前混凝土损伤识别的相关研究还停留在判断混凝土内部损伤有无的初级阶段，对于混凝土结构内部损伤定位及特征描述的研究仍属于前沿性课题。本论文利用压电陶瓷传感器与延时叠加方法，结合时间反演理论与细观数值模拟，以混凝土板为研究对象，针对混凝土中孔洞及裂缝扩展的损伤成像问题展开系列研究，主要内容如下:
(1)考虑混凝土板的几何特征，并分析压电陶瓷传感器形状对其激励产生应力波场的影响，为了满足混凝土板损伤识别的需求，设计了以管状压电陶瓷传感器为核心元件的嵌入式二维智能骨料。通过试验与数值分析，验证了新型二维智能骨料相对于传统一维和三维智能骨料在混凝土板损伤识别中的优势。
(2)在二维智能骨料的基础上，设计了内嵌管状压电陶瓷传感器阵列的智能混凝土板，并结合延时叠加方法，实现了混凝土中声源的定位及损伤的成像。通过试验验证了用于智能混凝土板的声源成像方法的有效性，并对比分析了椭圆类与双曲线类延时叠加成像方法对混凝土板中单目标孔洞损伤的识别效果。
(3)利用时间反演的自适应时空聚焦特性，提出了具有高噪声抑制能力的时间反演子群成像方法，解决了传统时间反演成像方法难以在少量传感器和噪声环境下进行损伤识别的问题，并通过试验验证了方法的有效性。
(4)针对混凝土中探测波形畸变与延拓对于时间反演过程中回传信号的聚焦时间会产生影响的问题，引入时间补偿因子，提出时间反演聚时补偿成像方法。通过试验分析了提出方法相较于椭圆类与双曲线类延时叠加成像方法对于混凝土中单目标孔洞损伤识别在成像分辨率与损伤定位精度方面的优势，并讨论了时间反演聚时补偿成像方法与时间反演子群成像方法各自的适用范围。
(5)建立了内部嵌入压电陶瓷传感器的混凝土随机骨料模型，在细观尺度上分析了高频探测应力波与混凝土内部复杂结构及损伤之间的相互作用，对比了细观数值模型与宏观均质模型对于混凝土中高频探测应力波模拟的效果。在此基础上，将混凝土细观模型与损伤识别相结合，利用所建立的细观数值模型进一步研究了混凝土板中不同尺寸单目标孔洞损伤、多目标孔洞损伤及裂缝扩展的成像问题。
(1)考虑混凝土板的几何特征，并分析压电陶瓷传感器形状对其激励产生应力波场的影响，为了满足混凝土板损伤识别的需求，设计了以管状压电陶瓷传感器为核心元件的嵌入式二维智能骨料。通过试验与数值分析，验证了新型二维智能骨料相对于传统一维和三维智能骨料在混凝土板损伤识别中的优势。
(2)在二维智能骨料的基础上，设计了内嵌管状压电陶瓷传感器阵列的智能混凝土板，并结合延时叠加方法，实现了混凝土中声源的定位及损伤的成像。通过试验验证了用于智能混凝土板的声源成像方法的有效性，并对比分析了椭圆类与双曲线类延时叠加成像方法对混凝土板中单目标孔洞损伤的识别效果。
(3)利用时间反演的自适应时空聚焦特性，提出了具有高噪声抑制能力的时间反演子群成像方法，解决了传统时间反演成像方法难以在少量传感器和噪声环境下进行损伤识别的问题，并通过试验验证了方法的有效性。
(4)针对混凝土中探测波形畸变与延拓对于时间反演过程中回传信号的聚焦时间会产生影响的问题，引入时间补偿因子，提出时间反演聚时补偿成像方法。通过试验分析了提出方法相较于椭圆类与双曲线类延时叠加成像方法对于混凝土中单目标孔洞损伤识别在成像分辨率与损伤定位精度方面的优势，并讨论了时间反演聚时补偿成像方法与时间反演子群成像方法各自的适用范围。
(5)建立了内部嵌入压电陶瓷传感器的混凝土随机骨料模型，在细观尺度上分析了高频探测应力波与混凝土内部复杂结构及损伤之间的相互作用，对比了细观数值模型与宏观均质模型对于混凝土中高频探测应力波模拟的效果。在此基础上，将混凝土细观模型与损伤识别相结合，利用所建立的细观数值模型进一步研究了混凝土板中不同尺寸单目标孔洞损伤、多目标孔洞损伤及裂缝扩展的成像问题。