Page 35 - 无损检测2022年第九期
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试验研究




   DOI : 10.11973 / ws j c202209001

   裂缝深度检测的超声波首波相位反转机理分析




                                            肖生玉, 潘永东

                              ( 同济大学 航空航天与力学学院, 上海 200092 )


           摘   要:裂缝深度检测的超声波首波相位反转法凭借其准确、 简单、 易操作的优点, 被广泛应
       用于建设工程质量检测领域, 结合理论分析、 数值模拟和试验验证研究了其相位反转的成因。结果
       表明, 相位反转现象是衍射纵波存在衍射相位反转角所致; 在衍射相位反转角附近, 衍射纵波的振
       幅呈现出先减小后增大的变化特征。对首波相位反转法完整且正确的解释, 可为其应用提供理论
       基础及更有力的数据支撑。
           关键词:超声无损检测; 混凝土裂缝; 首波相位反转法; 有限元; 衍射相位反转角


          中图分类号: TB553 ; TG115.28    文献标志码: A    文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 09-0001-06


       Anal y sisonp hasereversalmechanismofultrasonicfirst- p ulseforcrack-de p thdetection

                                       XIAOShen gy u , PANYon g don g



           ( SchoolofAeroS p aceEn g ineerin gandA pp liedMechanics , Ton gj iUniversit y , Shan g hai200092 , China )










           Abstract : Ultrasonicfirst- p ulsep hasereverseis widel yusedinthefieldofconstructionen g ineerin gq ualit y

       ins p ectionduetoitsaccurac y , sim p licit yandeas yo p eration.Combinin gtheoreticalanal y sis , numericalsimulation

       andex p erimentalverification , thecausesofp hasereverseisstudied.Theresearchresultsshowthatthep hase

       reversal p henomenoniscausedb ythediffractedp hasereversalan g leofthediffractedlon g itudinalwave ; nearthe

       diffractedp hasereversalan g le , theam p litudeofthefirst- p ulsedecreasesfirstandthenincreases.Asaresult ,

       ultrasonicfirst- p ulsep hasereversehasbeencom p letel yandcorrectl yex p lained , which p rovidesatheoretical

       referenceandmorep owerfuldatasu pp ortforitsa pp lication.

           Ke y words : ultrasonic nondestructive testin g ; concrete crack ; first- p ulse p hase reverse ; finite element ;

       diffractedp hasereversalan g le
                                                                     [ 2 ]
      房屋、 码头、 水坝、 盾构管片等混凝土结构在服                           BASKARAN 结合超声波衍射时差法与隐藏信
   役过程中, 完整性不断降低, 致使结构出现损伤, 损                        号识别法, 分析时域信号中的衍射横波, 评估材料表
   伤类型常表现为细裂纹及明显大裂缝。大裂缝常为                            面垂直裂缝及近表面缺陷的埋藏深度和纵向尺寸。
   过载、 热胀冷缩、 大量细裂纹聚集等因素综合作用所                         RAMAMOORTHY 等       [ 3 ] 提出漫射超声技术, 发现超
   致, 其中延展方向垂直于结构表面的裂缝属于亟需                           声散射波能量峰值滞后时间与裂缝深度存在二阶多
   诊断的缺陷, 因为其所在平面与最大拉应力方向垂                           项式函数关系, 可利用函数关系反演混凝土的裂缝深
   直, 易迅 速 扩 张 导 致 结 构 破 坏, 存 在 较 大 安 全 隐            度。冯若愚等       [ 4 ] 基于 Fourier透射系数法, 增加超声
   患  [ 1 ] 。同时, 水会沿着裂缝渗入混凝土内部, 腐蚀结
                                                     波激励源数量对透射函数进行修正, 建立起 Ra y lei g h
   构从而加剧损伤。超声无损检测技术常被用于诊断                            波谱能量透射比与不同裂缝深度的回归关系。
   缺陷和评估工程结构的可靠性和安全性。                                     有限元方法提供了直观的视角, 可观察超声波
                                                     在介质中的传播过程及其与缺陷相互作用产生的反
      收稿日期: 2022-02-17
                                                     射、 透射 和 衍 射 现 象, 有 助 于 缺 陷 的 检 测 与 评 估。
      作者简介: 肖生玉( 1997- ), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为超
                                                     ZHANG 等    [ 5 ] 数值模拟了声表面波在圆弧缺陷处的
   声无损检测
      通信作者: 潘永东, 男, 博士生导师, 教授, 主要研究方向为激光             反射和透射, 建立起透射表面波飞行时间与圆弧缺
                                                     陷曲率半径大小的依存关系。金磊等                  [ 6 ] 采用有限元
   超声和材料超声无损评估, yp an@ton gj i.edu.cn
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                                                                                      无损检测
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