功率放大器在鋼筋與水泥基材料粘結(jié)性能的超聲波評估方法中的應(yīng)用
本文將與大家分享，功率放大器在超聲技術(shù)鋁板損傷監(jiān)控實驗研究中的應(yīng)用，希望能對各位工程師有所幫助與啟發(fā)。
粘結(jié)問題是一個很早就引起工程界關(guān)注的問題，材料間的良好粘結(jié)是保證不同材料共同受力與變形的基本前提．傳統(tǒng)檢測粘結(jié)性能的拉拔試驗會對構(gòu)件造成一定損傷，有時甚至無法進行試驗．超聲波無損檢測（ＮＤＴ）為檢測粘結(jié)性能帶來了方便，目前，對于數(shù)字化超聲波檢測粘結(jié)性能的研究已取得了一定的研究成果．文獻［１］采用超聲脈沖回波法對鋁合金材料的粘結(jié)性能進行了檢測；文獻［２－３］分別采用對側(cè)法討論了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋和混凝土界面上由于腐蝕引起的粘結(jié)缺陷問題，并與腐蝕試驗進行了對比；文獻［４－５］考慮了碳纖維布的層數(shù)及與混凝土界面的粘結(jié)缺陷對碳纖維加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受彎全過程進行了聲學(xué)參數(shù)分析；文獻［６］根據(jù)超聲波在鋼筋中聲學(xué)參數(shù)的變化對鋼筋與混凝土的脫粘缺陷進行了研究；文獻［７］對受拉作用下鋼筋與混凝土在粘結(jié)失效前界面處粘結(jié)裂縫的變化對超聲波振幅的影響進行了研究；文獻［８］利用超聲波多次衰減法研究并檢測了圓筒的筒體與底座粘結(jié)強度；文獻［９］對纖維－金屬層板粘接質(zhì)量進行了非線性超聲評價研究；文獻［１０－１１］對金屬／非金多層粘結(jié)結(jié)構(gòu)的粘接質(zhì)量進行了檢測；文獻［１２－１３］利用超聲波的聲時、首波幅度、聲速、接收波形及頻率等聲學(xué)參量分別研究了混凝土板底面砂漿層的粘結(jié)缺陷和鋼管混凝土中混凝土與鋼管膠結(jié)不良等缺陷，還確定出了缺陷的大小范圍及嚴(yán)重程度；文獻［１４］利用首波聲時法和波形識別法檢測了預(yù)埋件錨板與混凝土的粘結(jié)質(zhì)量，并建立了缺陷判別方法．ＨＴＣＭ砂漿是一種新型混凝土加固修復(fù)材料，與鋼筋之間的粘結(jié)缺陷研究相對較少，本文開展了超聲波評估鋼筋與ＨＴＣＭ砂漿粘結(jié)性能的研究．
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?。?１試件設(shè)計與制作
為了考察不同鋼筋類型和粘結(jié)初始空洞缺陷對粘結(jié)性能的影響，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)試驗標(biāo)準(zhǔn)附錄中粘結(jié)性能試驗方法進行試件設(shè)計．本試驗分Ａ，Ｂ兩組，每組４個，共８個試件，其中Ａ，Ｂ分別代表圓鋼ＨＰＢ２３５和螺紋鋼ＨＲＢ３３５．每組中設(shè)計４個試件，Ａ－１（Ｂ－１）代表無缺陷，Ａ－２（Ｂ－２）代表缺陷長度為３５ｍｍ，Ａ－３（Ｂ－３）代表缺陷長度為７０ｍｍ，Ａ－４（Ｂ－４）代表缺陷長度為１０５ｍｍ．各試件均由ＨＴＣＭ砂漿料制作，水灰比１∶４，密度２０００ｋｇ／ｍ３，自然養(yǎng)護２８ｄ，抗壓強度６２ＭＰａ．試件尺寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１４０ｍｍ，所用鋼筋直徑均為１２ｍｍ，長４００ｍｍ．為了固定鋼筋，使鋼筋位于水泥基材料中心，做成帶孔木板，在澆筑前放進模具的底部，木板厚１０ｍｍ．鋼筋與水泥基材料粘結(jié)處的脫離模選用的是多孔軟泡沫，考慮到泡沫的壓縮性，厚度選為１５ｍｍ．制作時采用１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍ模具．并對每個試件選擇１８個點進行測試，共１４４個測點．各組試件通過人工干預(yù)使粘結(jié)性能有所不同．為了考察人工模擬缺陷對材料粘結(jié)性能影響，兩組中均保留了完全粘結(jié)的試件做對比．最后通過拉拔試驗檢測了試件的力學(xué)性能．試驗中所用到的具體試件見圖１（Ａ、Ｂ代表組號，１、２、３、４代表該組試件編號，ａ、ｂ代表試件的兩個相鄰側(cè)面），試件參數(shù)見表１．
?。?２缺陷的超聲測試
本試驗采用非金屬超聲波檢測儀，根據(jù)ＣＥＣＳ２１：２０００《超聲波檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》，采用對側(cè)法進行檢測，測點布置見圖２．測試時在測試區(qū)域涂上適量凡士林作為耦合劑，采用對側(cè)法測了超聲波的波速等參數(shù)。
?。?３拔出試驗
在鋼筋的末端焊上長３００ｍｍ，寬１２ｍｍ的螺桿，將５ｔ的荷重傳感器及千斤頂通過螺母固定住，千斤頂連接油泵施加力，荷重傳感器外連接應(yīng)變儀進行讀數(shù)．拉拔試驗裝置見圖３
?。步Y(jié)果分析
拉拔試驗的數(shù)據(jù)分析見表３．由表２、３可看出，隨粘結(jié)不良區(qū)域的增大，試件粘結(jié)性能也相應(yīng)降低，兩者具有一定的相關(guān)性．圖４給出了粘結(jié)不良百分比與剩余粘結(jié)力百分比關(guān)系曲線．
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?。?１模型和劃分網(wǎng)格
采用兩個模型：完好鋼筋與水泥基材料模型；鋼筋與ＨＴＣＭ砂漿材料模型（材料間存在粘結(jié)裂縫）；材料尺寸均為１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１４０ｍｍ，鋼筋直徑１２ｍｍ，長４００ｍｍ，粘結(jié)不良處高７０ｍｍ，厚５ｍｍ．本模擬中，混凝土采用ＳＯＬＩＤ６５單元，考慮到鋼筋的變形，鋼筋采用了八節(jié)點ＳＯＬＩＤ４５實體單元．各材料性能參數(shù)見表４．
采用從上到下的方式，通過布爾運算得到所需的模型，對模型用ＧＬＵＥ命令進行粘結(jié)．為了使波傳播計算中，單元在每個步長計算時沿波傳播方向的長度小于波長，并考慮計算成本，將單元的大小劃分為５ｍｍ．為保證結(jié)果準(zhǔn)確性，用掃掠（ＶＳＷＥＥＰ）生成六面體單元，刪除鋼筋周邊相應(yīng)單元模擬粘結(jié)裂縫．模型２網(wǎng)格劃分見圖５（３／４模型）．為了使超聲波激勵在網(wǎng)格節(jié)點處并盡量與實際相符，模型中側(cè)面加載節(jié)點選取位置見圖６（共?。箓€節(jié)點）．在另一個側(cè)面同一位置節(jié)點處接收信號．
?。?２定義求解選項和施加荷載（脈沖信號）
采用完全法瞬態(tài)分析．發(fā)射波理論上應(yīng)選擇單音頻信號，但嚴(yán)格的單音頻信號很難產(chǎn)生．為避免發(fā)射波頻散現(xiàn)象帶來的不利影響，選用ＨＡＮＮＩＮＧ窗調(diào)制單音頻的窄帶信號脈沖作為激勵信號．單音頻信號經(jīng)漢寧窗調(diào)制后，其信號旁瓣互相抵消，高頻干擾和漏能消去，主瓣高，頻散現(xiàn)象降低，頻譜中能量主要集中于單音頻信號頻率附近．本文仿真分析中單音頻的周期數(shù)設(shè)定為１０個，單音頻信號頻率選擇為０???４５ＭＨｚ，振幅選為１００μｍ．加載的時間步長為０???２５μｓ，總加載時間為５８μｓ，通過讀取時間差測量出聲學(xué)參數(shù)．
3.３模擬結(jié)果分析
通過ＰＯＳＴ１和ＰＯＳＴ２６，可得到各模型超聲波傳播云圖及各接收信號處接收到的波形，模型１、２各接收信號處所檢測的具體聲學(xué)參數(shù)見表５．
將表中數(shù)據(jù)進行對比，說明當(dāng)材料間粘結(jié)處有粘結(jié)裂縫時，超聲波傳播所需聲速要降低，超聲波檢測粘結(jié)缺陷是可行的
?。唇Y(jié)論
１）材料間的粘結(jié)缺陷的具體位置可以通過超聲波檢測超聲波聲速的變化得知．
?。玻┎牧祥g的粘結(jié)性能與粘結(jié)缺陷是存在內(nèi)在規(guī)律的，通過檢測材料間的粘結(jié)缺陷可以評價材料間的粘結(jié)強度等力學(xué)性能。
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