Page 103 - 无损检测2023年第十二期

张 健, 等:

双面叠合剪力墙的阵列超声成像检测

浇层声速来计算声时, 则会导致成像结果中信号深 土层中超声波理论声速为2554m · s , C25混凝土
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度出现误差。针对介质声速差异导致超声成像结果 层中超声波理论声速为2252m · s 。

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中目标深度出现误差的问题, SHLIVINSKIA 等 [ 4 ] 在仿真模型上表面设置12个点, 相邻点间距设

将射线跟踪技术与超声成像相结合, 实现了对分层 置为30mm , 模拟超声换能器阵列发射与接收超声
介质结构的超声成像。 信号, 共采集66组不同收发模式下的数据, 每组通
道信号各采集 2048 个数据。经过匹配滤波、 去除

直达波、 Hilbert 包络变换等预处理过程后, 分别使
用阵列超声成像方法与射线跟踪技术进行成像处
理, 成像结果如图 6 所示。成像纵向分辨率为 1 / 2

波长, 即22.5mm , 圆形缺陷直径大于纵向分辨率,
故图中高幅信号中心对应于圆形缺陷上边界位置,

即275mm 深度处。缺陷与底面检测深度以及各自
对应误差如表2所示, 结果表明, 当上下层混凝土强
度不同时, 直接使用阵列超声成像方法, 深度结果确
图4 双面叠合剪力墙超声折射路径示意
实存在较大误差, 误差大于10% ; 结合射线跟踪技术

在仿真软件 COMSOL Multi p h y sics5.6 中进
可以对成像结果进行修正, 修正后深度误差为0.4% 。
行有限元仿真分析, 建立了如图5所示的双层混凝

土仿真模型, 其尺寸为 800 mm×500 mm ( 长 ×

宽), 上层混凝强度为 C60 , 厚度为100mm , 下层混
凝土强 度 为 C25 , 厚 度 为 400 mm , 在 距 检 测 面

300mm 深度处设置直径为 50mm 的圆形孔洞缺

陷。混凝土材料参数如表1所示, 经计算, C60混凝

图5 双层混凝土仿真模型
表1 混凝土材料参数
材料 弹性模量E / GPa 泊松比 μ 密度 /( k g · m -3 )
ρ

C60 36.00 0.20 2300.00

C25 28.00 0.20 2300.00 图6 双层混凝土的阵列超声与射线跟踪仿真成像结果
表2 成像结果中缺陷与底面深度及对应误差

阵列超声成像 射线跟踪
检测目标 实际深度 / mm
检测深度 / mm 绝对误差 / mm 相对误差 / % 检测深度 / mm 绝对误差 / mm 相对误差 / %
圆形缺陷 275 309 34 12.4 276 1 0.4
底面 500 569 69 13.8 502 2 0.4
行改善, 浇筑了1 组素混凝土试块( 不含钢筋), 试
3 试验验证
验现场如图 7 ( a ) 所示。试块长为 800 mm , 宽为

为观察混凝土层强度差异对阵列超声成像结果 400mm , 高为500mm , 分为上下两层结构。上层

的影响并验证射线跟踪技术能否对检测成像结果进 结构高度为100mm , 使用 C60混凝土浇筑; 下层结
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2023年 第45卷 第12期
无损检测