超声导波在锚杆锚固体系中传播数值模拟

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文超声导波在锚杆锚固体系中传播的数值模摘要近年来，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

2、复杂性，条件的稍稍改变都可日-*-匕it,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r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

3、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。太原理工大学硕士研究生学位论文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

4、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‘个

5、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TT太原理工大学硕士研究生学位论文候，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

6、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。关键字：高频超声导波，无损检测，锚杆，数值模拟III太原理工大学硕士研究生学位论文ST叽DYONTHEUIJRASONICGUIDEDⅥ么WESPI冱ADINGINTHENUⅣ匝RICALSINnⅡ，ATIONOFBOIJANCHORINGSYSTEMABSTRACTInrecentyears，Boltanchoringtechniquehasbeenwidelyusedinengineeringathomeandabroad．Th

7、eeffectivemethodstodetectanchorintheprojectarerequiredurgently．Traditionaldrawingmethodandcoremethodaredestructivewhichlimitsitsuseintheproject．Inordertoovercometheseshortcomings，researchersuseavarietyofwaystotestandfindoutthattheNondestructiveTestingMe

8、thodgetsthebestresults．Ultrasonicguidedwavemethodisanewapproachinthefieldofnondestructivetesting．Becausethedetectiondistanceofbodywaveisveryshortandwhichhelpresearcherstoremovetheirconcentrationtotheguidedwave，andnowitwaswidelyre