基于声波传播的桩基完整性检测技术研究与应用

声波传播技术在桩基完整性检测中发挥关键作用。本文探讨了基于声波传播的桩基完整性检测技术的研究背景和意义,提出了其在确保建筑结构安全、减少施工风险方面的重要性。通过实验研究,总结了声波传播技术在桩基检测中的应用情况和主要结果,包括对桩基内部缺陷和损伤的准确识别和定位。最后,展望了基于声波传播的桩基完整性检测技术在工程领域中的广阔应用前景和价值,如提高施工效率、降低维护成本等。

升温路径对花岗岩超声波传播特性影响的试验研究

地热能开发以及核废料处置等深部高温岩体工程中,岩石破裂行为和损伤特征受升温路径影响显著.超声波传播速度和振幅等参数可以综合反映岩体破裂和损伤状态,具有重要的工程价值.为探究升温路径对岩石超声波传播特性的影响,开展了600℃下不同加热速率和恒温时间热处理后花岗岩的超声波透射和SEM扫描试验.研究结果表明:岩石超声波波速、幅值和频谱振幅等特征参数在不同升温路径下有较大差异.岩石超声波传播特性与加热速率具有明显的阶段依赖性,当加热速率低于9℃/min时,岩石超声波传播特征参数随加热速率增加显著降低;当加热速率高于9℃/min时,其降低幅度减缓.恒温时间对岩石超声波特性的影响存在阈值,当恒温时间小于3 h时,超声波传播特征参数随着恒温时间增加而减小,当恒温时间大于3 h时,其变化不明显.不同升温路径下岩石热裂纹扩展模式的差异是影响热处理岩石超声波传播特性的主要原因.超声波传播特征参数中首波幅值对升温路径变化的敏感性最高,适宜作为评价花岗岩体破裂行为和损伤程度的最优指标参数.研究结果对高温岩体工程损伤程度和稳定性评价具有一定的指导意义.

混凝土受力状态下超声波传播特性研究

本文研究了混凝土在单轴向压力下超声波速、幅值及主频的变化规律。试验表明，波速对混凝土构件中的应力变化敏感度较低，在７０％的极限应力范围内，波速基本保持稳定。因此在工程实际中利用超声波速－强度率定曲线推测混凝土承力构件的强度时，波速无需修正。与波速相比，超声幅值衰减量对检测裂筵开展则具有较高的灵敏度。为提高超声检测的精度，本文采用波速、幅值、频率综合判断法，提出了损伤系数的概念，对混凝土的损伤程度作出定量评价，文中结果对进一步提高混凝土无损检测精度，评估混凝土结构在受力、收缩、徐变等因素影响下的损伤程度有一定的应用价值。

钻柱中声波传播特性理论分析与试验研究

为验证声波在钻柱中的传播特性,获取适合传输井下信息的频率点或频段,以127.0mm钻杆为研究对象,基于理想钻柱的频率方程,分析了不同长度钻杆的频率与波数的关系。分析认为,钻杆长度的不均匀性将导致钻柱通频带的交集缩小,若钻柱每个周期由不同长度的钻杆连接组成,通带将变窄,甚至在某些频带上因没有重叠部分而形成很宽的阻带。基于理想钻柱的瞬态响应方程,分析了钻杆接头对声波的反射作用,得到了声波通过多根钻杆后的瞬态特性。在室内采用每根长1.5m的钻杆短节,进行了全尺寸接头钻杆短节声波传播特性试验,研究了不同频率声波在不同长度钻柱中的传播特性,验证了声波在钻柱中传播存在梳妆滤波器特性和色散现象,得到了适合钻柱中传播的声波频率范围和一些频率点,可为声波系统样机的研制提供理论基础和依据。

井眼环境影响钻柱信道的声波传播效果试验

研究井眼环境因素对钻柱中声波传播的影响规律不仅是实现井下信息声波传输技术的基础,也关系到井下信息声波传输技术载波的选取及中继装置的设计安装。为此,设计了用于测试声波在钻柱信道中传输及衰减特性的试验装置,开展了井壁性质、井眼内循环介质对声波传播的影响试验,分析了钻柱与井壁的接触状态及循环介质对钻柱声传播的影响规律。结果表明:①井眼环境主要影响声波在钻柱中的衰减,基本不影响通阻带分布规律;②随着井壁硬度的增加,声波衰减减小;③随着钻柱与井壁支撑点的增加,声波衰减加剧,但通阻带的位置和宽度变化不明显;④液体循环状态下的声波辨识效果弱于液体静止状态,有液体存在的声波辨识效果弱于气体状态。在井下信息声波传输系统载波选择及中继器位置确定过程中,应该充分考虑井眼环境引起的声波衰减,而基本不用担心其引起的频带变化。

一种新型井下声波发生装置及其声波传播特性

井下有限空间内声波的有效发生与声能量的高效传递是声波在钻柱中稳定、长距离传输的前提,高效可靠的发生装置是实现井下信息声波传输技术现场化应用的关键。为了实现速度快、准确性高、抗外界因素干扰能力强的井下信息传输,基于超磁致伸缩换能器设计加工了一种井下声波发生装置,并通过建立试验系统,对该装置的功能性及关键参数设计开展了研究。研究结果表明:①带内孔的单级圆锥变幅杆是辐射声波首选,换能器在圆锥变幅杆小端激励的声波辐射进入钻柱中能够获得平面波;②在变幅杆放大系数极小值点附近设计长径比能够有效提高低频段声波能量传递效率;③黄铜材料的声传递介质具有较高的滤波质量与声能量传递效率;④声波能量传递效率随换能器预紧力增加,先增加后保持不变,7.20 kN预紧力能够获得最佳传递效率。结论认为,在井下声波发生与中继装置的设计过程中,应充分考虑换能器声波辐射方式与结构参数对声波能量传递效率的影响;建议进一步研究声发射端机械结构、声载波参数等因素对钻柱中声传播特性的影响,以加快井下信息声传输技术现场应用的步伐。

基于互相关的堆积物料中声波传播时间测量

堆积物料如生物质燃料内部的温度需要进行连续监测,来防止其储存时的自燃现象。声学技术可以非侵入式地测量堆积物料内部的温度。通过测量低频声波在堆积物料间隙内的声速可以计算出间隙中空气的温度,即周围物料的温度。为了测量声波在堆积物料中的声速,首先需要测量声波的传播时间。互相关法是基于传感器接收声波的波形相似性来预测时延,可以克服反射声波对时延估计的影响,因此选择互相关法来测量声波传播时间。为了研究声源信号对传播时间测量的影响,比较了4种常见的声源信号,包括扫频、白噪声、最大长度序列信号和指数衰减正弦波脉冲信号,同时研究了扫频信号的类型、频带和长度的选择。实验结果表明,使用长度为0.1 s、频带在200～500 Hz的线性扫频信号作为声源信号,结合互相关技术可以实现对声波在堆积物料内传播时间的有效测量。

耗散作用对大气中声波传播影响的数值研究

通过结合保色散关系空间差分格式和Runge-Kutta时间格式的数值方法,研究了耗散作用对声波传播的影响.结果表明,耗散的不均匀性会同时影响声波的传播轨迹和传输损耗.不均匀的耗散会使得波包上部和下部承受不同程度的衰减,造成波包能量中心向弱耗散方向移动,使波包能量中心的传播轨迹发生偏折.与此同时,声波的传输损耗也受到了改变:与无耗散情况相比,声波的几何扩散衰减受到抑制;与均一耗散情况相比,声波的大气声吸收明显减小.由于声波衰减系数与声波频率的平方成正比,耗散作用使声波传播具有色散性质.不均匀耗散对于声波波包能量中心传播轨迹的偏折作用随频率的增加而增强.

厚壁和薄壁构件的声波传播与衰减

压力容器声发射检测技术中声发射波在不同壁厚构件上的传播特性与衰减特性是影响定位精度的重要因素,同时也对评价缺陷源的活动度、强度起着重要作用。因此,要研究压力容器声发射检测技术,首先必须考虑不同壁厚情况下,声波的传播特性及衰减情况。从声波传播的观点来看,构件的壁厚和声波频率是影响声波传播的因素。因此,可以用参数S=d×f[1,2]来定义厚板和薄板。

多孔介质声波传播

基于二维有限差分给出了Ｂｉｏｔ声波方程的一种数值解方法，模拟了声波在多孔介质中的传播。研究发现，骨架和粘滞性孔隙流体中，同时存在两种纵波，即快纵波和慢纵波，两种纵波骨架振动势函数与流体相对骨架振动势函数相不同，幅度也不同；但具有相同的传播速度，粘滞性和渗透率主要影响能量传播；孔隙度和骨架弹性参数主要影响波速；慢纵波和界面波的存在是地震波能量损失的重要原因。

黏弹性VTI煤层介质超声波传播模型建立与分析

煤岩界面自动识别是深部煤层无人采掘装备自主控制中的关键技术。利用煤和岩声阻抗的差异性,采用超声波检测煤层厚度达到识别煤岩界面的目的。以Kelvin-Voigt黏弹性模型及各向异性理论为基础,推导适用于具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)黏弹性煤层介质的二维一阶速度-应力波动方程,建立黏弹性VTI煤层介质数学模型,采用交错网格有限差分法模拟超声波场在煤层中的传播,并通过实验验证所建立的黏弹性VTI煤层介质模型和交错网格有限差分法的正确性。研究结果表明:黏弹性VTI介质数学模型和交错网格有限差分法适用于数值模拟超声波在煤层中的传播,为超声波煤层厚度检测和煤岩界面识别研究提供了理论基础。

电力变压器中局部放电声波传播的有限元仿真和理论分析

测量变压器内局部放电产生的声波能用于电力变压器的监测、诊断和故障定位。建立了局部放电声波传播的有限元分析(FEA)仿真模型。利用简化的模型,分析了声波传播的特性。局部放电声波传播仿真的结果与PZT传感器的实验室结果比较,显示了较好的一致性。

基于PCI-4472的声波传播时间测量系统

为提高声学CT法温度场重建精度,设计了具有16个声波数据采集通道的声波传播时间测量系统。该系统以LabVIEW为软件设计平台,用2块PCI-4472动态信号采集卡实现16通道的高速同步采集。系统提供互相关、抽样率变换结合互相关两种时延估计法,用于声波传播时间测量。测试结果表明:系统能按照设计构想正常运行,各路径声波传播时间测量值稳定,抽样率变换结合互相关法可获得更高的传播时间测量精度。在该系统中嵌入适当的温度场重建算法便可实现声学CT温度场测量。

井孔声波传播模式与地层性质关系的实验研究

根据相似性原理，按1：10比例制作模拟各种性质地层的小模型井和微型声波仪器，建立了一套进行井孔声波传播机理研究的实验测量系统。采用高频声源可得到纵、横波较清晰的全波列波形，采用低频声源可得到较好的斯通利波波形。随着地层孔隙率和渗透率的增大，横波和伪瑞利波衰减剧烈；斯通利波衰减逐渐增大，速度明显减小，特别是高频成分波比低频成分波衰减要大，斯通利波的主频显著向低频方向漂移。当地层中存在与井孔相交的水平裂缝时，会产生反射斯通利波，其反射系数不仅与裂缝宽度成正比，还与裂缝带的渗透性和充填物有关。

不同材料波导杆在水中的声波传播特性

由信号发生器产生的声波在水中通过不同材料波导杆时,其传播特性会发生改变,采用全波形声发射仪对其进行了波形数据检测、参数和波形分析,系统研究了声波通过水中不同材料波导杆的传播特性。结果表明:声波信号的幅度计数、振铃计数和能量计数的变化规律均稳定,并易于找出相应的变化规律;声波通过水中不同材料波导杆的时域波形均呈现衰减特征,而振幅频谱均呈现明显的频散现象;声波通过水中金属波导杆的传播特性优于水中塑料波导杆。所得结果为进一步研究地震波经深水井中不同材料波导杆的传播特性和开展地震监测奠定了基础。

基于声循环法的不同介质下超声波传播速度测试仪的设计

本文以STM32单片机为控制器,根据超声波传感器的原理和特征,从而设计出超声波在不同介质(如:冷、热空气和水)中进行非接触式的速度测试系统。利用防水型超声波传感收发模块来精确其在介质中的传播时间,同时校准传播距离,考虑温度对传播速度的影响,从而进行温度补偿,最终获得超声波在不同介质环境下的传播速率。

超声波传播速度测量方法的探讨与分析

利用驻波共振法和相位比较法分别测量超声波在空气中的传播速度,并对这两种方法进行分析比较。

求解二维多区域声波传播问题的一种边界元方法

针对多区域中声波的传播问题,其中每个散射区域的介质是相同的,将散射区域内的声波用一种单双层混合位势的形式来表示,再应用Green定理表示出外部介质区域中的声波,并形成相应的边界积分方程.如果区域个数为M时,传统的边界元方法最终将形成2M个边界积分方程并对应2M个未知函数,而本文的边界元方法最终只形成M个边界积分方程以及对应M个未知函数,从而使得求解的方程和未知数的个数都减少了一倍.最后,通过对数值算例的求解,验证了该方法的可行性及精确性.

生漆及其掺杂物质中超声波传播速度的测定

在22℃时,采用脉冲法测定了生漆的超声波传播速度为1550m/s,衰减系数分别为6.3dB/cm。同时测定了桐油、机油和水的超声波速度。并把桐油、机油、水分别按不同的比例与生漆混合,测其超声波传播速度的变化。结果为不同物质按相同比例混入生漆中其声速不同,同一种物质按不同的此例与生漆混合其声速也不相同。

基于VR技术的舱室声波传播途径实验教学研究

近几年随着虚拟仿真技术的广泛应用,传统的教育模式受到了新兴教育模式的冲击。利用“虚实结合”的教学方式,将虚拟现实(VR)技术引入到声学实验教学中。以固定声源声波在空气中传播、可移动声源声波在空气传播和结构振动产生的声波在结构中传播为例,模拟声波在舱室中传播的途径,并且提供真实的舱室模型以及人工头设备将学生感知与真实舱室噪声数据相结合。利用真实的实验模型与模拟场景相互配合呼应,以虚实结合的教学方式提高学生学习积极性,加深学生对于声波传播途径及舱室噪声理论知识的理解。