宏细观振动对选择性热激励效果的影响.pdf

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1、第３期水利水运工程学报Ｎｏ．３２０１７年６月ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪｕｎ．２０１７ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１７．０３．０１１贾宇，梁永梅，汤雷，等．宏细观振动对选择性热激励效果的影响［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１７（３）：７９－８５．（ＪＩＡＹｕ，ＬＩＡＮＧＹｏｎｇｍｅｉ，ＴＡＮＧＬｅｉ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｍａｃｒｏａｎｄｍｉｃｒｏｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｎｓｅｌｅｃｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ［Ｊ］．Ｈｙｄ

2、ｒｏ⁃ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７（３）：７９－８５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））宏细观振动对选择性热激励效果的影响１，２３１１，２１贾宇，梁永梅，汤雷，李红，胡良浩（１．南京水利科学研究院水文水资源和水利工程科学国家重点实验室，江苏南京２１００２９；２．河海大学水利水电学院，江苏南京２１００９８；３．镇江市丹徒区航道管理处，江苏镇江２１２１００）摘要：激振频率是选择性激励红外热成像检测技术的控制参数。从结构共振的角度选取含微裂纹的混凝土简支梁作为激励对象，以简支梁自振频率作为激振频率，测试激励效果

3、；并选用４０ｋＨｚ激振频率进行对比试验。试验结果显示，４０ｋＨｚ频率激振下的简支梁出现了显著热激励效果，但自振频率未出现激励效果。结合这一试验现象，在机理层面计算分析了简支梁宏观整体振动、梁内细观质点波动两种振动状态对热激励效果的影响以及它们之间的相互作用规律。分析结果表明：在整个激励过程中，结构整体振动的热激励能力弱于质点波动，并持续消弱质点波动的强度；细观质点波动是热激励效果出现的原因，可选用４０ｋＨｚ超声频率激振来降低宏观整体振动强度，消除整体振动对质点波动的弱化作用。关键词：微裂纹；热激励效果；整体振动；质点波

4、动中图分类号：ＴＶ３３文献标志码：Ａ文章编号：１００９－６４０Ｘ（２０１７）０３－００７９－０７裂缝是水利工程病害中最常见形式，结构性裂缝因其延伸扩展严重影响水工建筑物安全，微裂纹（裂纹宽度极小或是处于闭合状态，分布于结构表面或内部，肉眼难以识别）是结构性裂缝的先兆，尽早发现微裂纹，可实现以可控方式主动释放水利工程安全风险。选择性激励红外热像检测技术通过激振器激振混凝土结构，结构中的微裂纹受激振作用在尖角处会接触碰撞，进而出现显著温升，使用热像仪捕捉结构温度场，通过找寻显著温升区来发现微裂纹。已证明该技［１－２］术可以

5、有效发现混凝土结构中的微裂纹，但激励效果微弱，这成为限制该项新技术推广应用的瓶颈。当以结构固有频率作为激励频率对该结构进行激振时，将处于共振状态，在相同激励功率条件下，结构体的振［３］幅最大。大振幅增加了微裂纹处质点发生接触碰撞的可能，较多质点的接触碰撞有助于增强激励效［４］果。但当结构整体共振时，激振力会在结构内部产生波动，这两种振动彼此作用，共同影响着最终的激励效果；通过控制激振频率，探究整体振动与质点波动对热激励效果的影响以及彼此间的作用规律，这将有助于科学地增强选择性激励红外热成像检测技术的激励效果。１试验研究

6、１.１建立简化模型并测定简支梁自振频率选用混凝土简支梁结构形式，将换能器置于梁跨中，加５００Ｎ压力于换能器，换能器质量０．０２ｋｇ。模型４２梁尺寸为：８０ｍｍ×８０ｍｍ×４２０ｍｍ（ｙ，ｚ，ｘ），混凝土强度等级Ｃ２５，弹性模量Ｅ＝２．８×１０Ｎ／ｍｍ，泊松比ν＝３０．２，密度ρ＝２５００ｋｇ／ｍ，梁质量６．７２ｋｇ。声波在混凝土中传播速度ｖ＝３．８ｋｍ／ｓ。假定混凝土均质、各向收稿日期：２０１６－０４－２８基金项目：国家自然科学基金重大科研仪器研制项目（５１５２７８１１）作者简介：贾宇（１９９１—），男，山东滕州人，博

7、士研究生，主要从事水工混凝土建筑病害检测研究。Ｅ⁃ｍａｉｌ：６３０６９０６０＠ｑｑ．ｃｏｍ通信作者：汤雷（Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｔａｎｇ＠ｎｈｒｉ．ｃｎ）８０水利水运工程学报２０１７年６月同性。微裂纹主要分布于梁内靠近上下表面处，模型如图１所示。在简谐激振力作用下，简支梁整体振动振型如图２虚线，因其跨高比大于５，故按欧拉梁模型计算。曲线上质点沿ｙ轴方向在平衡位置上下作往复振动。设振动中梁的动挠度曲线为ｙ（ｘ，ｔ），则ｙ（ｘ，ｔ）＝３ｙ[３(ｘ／ｌ)－４(ｘ／ｌ)]，０≤ｘ≤１／２；其中ｙ是梁跨中的挠度，振动时是时间的函数，ｙ

8、＝ｙ（ｔ）。ｃｃｃｃ图１含微裂纹的混凝土简支梁模型图２简谐激振下简支梁整体振动振型Ｆｉｇ．１ＭｏｄｅｌｆｏｒｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅＦｉｇ．２Ｏｖｅｒａｌｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｈａｒｔｏｆｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｅａｍｂｅａｍｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓｕｎｄｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｅｘｃｉ