混凝土损伤演化的超声波法检测[设计+开题+综述]

开题报告

工程力学

混凝土损伤演化的超声波法检测

1 选题的背景与意义

混凝土是在建筑中广泛使用的工程材料,随着社会、工作环境日益复杂,混凝土结构在承受静态及准静态荷载的同时,也承担着变化剧烈且重复作用的冲击荷载,利用超声波法无损检测技术对混凝土状态进行评价，为工程中结构安全可靠性的状态评价提供一种方法,具有积极的现实意义

2 研究的基本内容与拟解决的主要问题：

1、调研目前课题的国内外研究现状，阅读相关文献，完成开题报告.

2、混凝土试样制作，SHPB设备调试到工作状态.

3、实现不同应变率下的冲击加载试验和相同应变率（或相同气压）下混凝土式样的多次冲击加载实验.用超声波回弹检测法测量冲击加载后试样的首波幅值和波速，结合实验结果分析，给出应变率与打击参数对混凝土损伤及其发展规律的影响.

4、撰写论文并完成毕业设计工作.

3 研究的方法与技术路线：

1、借阅相关资料，增强必备的基本理论知识；

2、通过查阅相关期刊杂志，了解有此项研究实验的相关知识；

3、查阅相关的材料，了解并掌握损伤演化方程；

4、认真练习使用matlab，提高应用软件分析问题的应有能力；

5、实际中必然会遇到其他各种问题，除了自己认真思考之外，积极查询有关信息，还很有必要向老师求教.

4 研究的总体安排与进度：

1、2010年12月阅读文献和完成开题报告

2、2011年1-2月试样制作.

3、2011年3月SHPB装置调试，开始试验.

4、2011年 4月完成实验研究，撰写毕业论文.

5、2011年5月准备答辩.

5 主要参考文献

1、胡时胜.霍普金森压杆技术.兵器材料科学与工程.1991,11:40-47

2、陈德兴，胡时胜，张守保，巫绪涛，徐泽清.大尺寸Hopkinson压杆及其应用.实验力学.2005,20（3）：398-402.

3、Bischoff P H ,perry S pressive behavior of concrete at high strain rates.Mater Struct,1991,144(24):425-450.

4、Taylor L M,Chen E P,Kuszmaul J S.Microcrack-induced damage accumulation in brittle rock under dynamic loading.Journal of Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering,1986,55(3)：301-320.

5、Parviz Soroushian,Mohamed Elzafraney.Damage effects on concrete performance and microstructure,Cement &Concrete Composites 26 (2004) 853-859

6、宁建国，刘海峰，商霖.强冲击载荷作用下混凝土材料动态力学特性及本构模型.中国科学（G辑）：2008,38（6）：759-772.

毕业论文文献综述

工程力学

混凝土损伤演化超声波法检测

利用超声波检测混凝土强度是混凝土无损检测中的一种方法. 1949 年, 加拿大的L eslide、Cheesm an 和英国的R. Jones、Gatf ield 首先把超

声脉冲检测技术应用在结构混凝土的检测上, 开创了超声检测新领域.。

超声波以一种声波，根据声波在固体介质中的传播速度公式

可以得到由超声波检测混凝土强度的原理。混凝土是一种由普通水泥，矿质骨料，水和空气组成的混合物。影响超声波在介质中传播的因素有原材料及配合比的影响和外部条件的影响以及其他条件的影响。水泥品种，矿物细掺料，粗骨科的品种粒径和含量，砂率，配合比都属于前者对超声波在混凝土中传播的影响因素。龄期，养护方法，温度和含水率都属于后者对超声波在混凝土中传播的影响因素。还有结构中钢筋的影响和修正，混凝土中缺陷与损伤都会对超声波测强度产生干扰。可以通过声速，振幅，硬化水泥净浆或水泥砂浆声速算法。

混凝土通过使用霍普金森压杆施载荷加到试样上造成损伤。分离式霍普金森压杆技术可用于测量材料在冲击载荷作用下的应力应变关系。根据一位假定我们可直接利用一维应力波理论确定时间材料应变率，应变和应力。

进而可得到时间材料的动态应力应变关系。

霍普金森压杆技术在做出实验结果有可能存在偏差。为了全面了解偏差产生的原因，需要讨论压杆的弥散效应，试件的惯性效应，端面的摩擦效应，试件的

波动效应，以及截面不匹配引起的二维效应。弥散效应是指霍普金森实验的一维假定的限制性，忽略了杆中质点的横向惯性运动，既忽略了杆的横向收缩或膨胀对动能的贡献。任一应力脉冲在在杆中传播将发生弥散，这就是由于杆中质点的横向惯性运动所引起的弥散效应。SHPB实验室在冲击载荷作用下进行的，试件的变形速率很高，因此，作用在试件上的外力作攻，除转化为试件的应变能外，尚有部分转化为试件的横向动能和纵向动能，这就是试件质点的运动所引起的惯性效应。在应力脉冲作用下，界面处压杆和试件的横向运动不同，由此而产生的摩擦力破坏了试件的一维应力状态，此即所谓界面的摩擦效应。波动效应是应力脉冲作用的最初间断，由于脉冲宽度大于试件厚度，试件内部状态不均匀。实验初始数据不可用。

利用SHPB实验装置研究混凝土类材料的动态力学性能是一种最基本的实验手段，但混凝土是一种结构复杂的硅酸盐复合材料，它是由水泥、沙子、石子和水混合搅拌经养护凝结而成，其组分之一粗骨料的尺寸很大，为使混凝土试件达到统计上的均质性，以取得符合工程实际的有代表性的试验结果，通常认为试件的最小尺寸至少为最大骨料尺寸的5～6倍，而且由于骨料周围及整个材料内部布满了大量不规则的裂隙、气泡等缺陷，为避免试验数据的分散性，混凝土试件尺寸也必须足够大，相应的用作冲击试验的SHPB装置中的杆径也要足够的大。众所周知．混凝土类材料的破坏应变只有千分之几，因此要在SHPB装置上实现类似于金属等材料lO／s～1O／s高应变率则是不可能的。若假定某种混凝土的破坏应变是5‰，即使实现J00／s应变率。其加载时间也只能有50／~s。在这样短的时间内只能勉强实现混凝土试件内的应力均匀，据此获得的应力⋯应变曲线还可勉强接受。闲此更短的加载时间显得没有意义了。又由于混凝土材料的破坏强度远小于钢杆，因此常规的子弹撞击很容易导致混凝土试件的过早破坏。为使应力脉冲在混凝土试件破坏前有足够的时间来回反射以获得试件内的应力均匀分布，我们在人射杆的被撞击端加垫了波形整形器(如图3所示)，它既可消除由于大尺寸SHPB装置弥散效应产生的应力波波头的过冲和波形的震荡，又可将上升沿拉长，可以得到材料真实的响应特性。开展混凝土类材料的动态力学性能研究必须采用大尺寸SHPB装置，然而混凝土类材料的脆性及试件的大尺寸也使传统上基于一维假定和均匀假定的SHPB实验技术受到挑战。