混凝土损伤演化超声波法检测【文献综述】.doc

1、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LESLIDE、CHEESMAN和英国的RJONES、GATFIELD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

2、，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。

3、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

4、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56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LOS1OS高应变

5、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J00S应变率。其加载时间也只能有50S。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

6、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。已经有研究表明不同的破坏作用会引起混凝土性能以及微观结构上的改变。这些破坏作用包括使混凝土试样受到充分的压缩、冲击、疲劳破坏以及冻融循环。这些破坏作用对混凝土抗弯强度、抗冲击性能、渗透系数以及一定范围自然细缝在混凝土内部传播的影响已经被研究过。就普通强度和高强度的混凝土材料来说，在相应的破坏作用下，通过对混凝土细缝增长微观观察可以发现，混凝土性质的破坏的变化趋势。存在于混凝土结合面的细缝的影响更甚于任何的加载以及环境的影响。晾干以及沙石颗粒与模型热收缩率的不匹配可以造成这些细缝。

7、在外部结构载荷和各种环境因素的影响下，在沙石颗粒和水泥模型的接触面产生拉应力，导致细缝变得更大更多；最终导致混凝土断裂。在破坏载荷和坏境影响下增大的细缝会导致混凝土性能的退化。GETTU等人提出，当受压力载荷作用时，混凝土沿垂直方向的抗拉强度明显降低。总所周知，混凝土的动弹性系数在融冻循环中会降低。同时，我们也发现混凝土的渗透性在重复的融冻循环中会增大。ZHANG发现发生弯曲疲劳时，孔隙比表面积会增大。为了研究复杂而且不均匀的混凝土微观结构，曾用到很多方法。这些方法包括干涉法、声波检测法、中子射线透照术、水银压入法以及通过利用光学显微镜和扫描电子显微镜分析。由于近几十年来，显微镜学以及图像分析

8、飞速发展，我们可以借助显微镜这一些强大的工具来对混凝土的微观结构进行全面的分析。材料的损伤破坏是一个速率时间相关的流变过程，一个以不同形式的缺陷或微损伤以有限速率演化的时间过程实际情况是这两种过程不可分地交织在一起，并相互影响一方面，缺陷或微损伤是随流变过程而发展的，缺陷或微损伤的演化依赖于材料所经受的应力、应变、应变率等本构状态变量；另一方面，损伤演化必将影响材料的力学行为或本构响应曾有不同应变率下混凝土受压全过程的实验研究完成了应变率由7个数量级范围内的混凝土受压实验，发现应变率不同的全过程曲线具有很好的相似性，峰值应力和峰值应变随应变率的增加有所提高，但弹性模量基本不变。峰值应力相应泊松

9、比与应变率可关系，其回妇结果为。土木工程师使用的结构材料大多对载荷加载速率敏感。因此完整的关于材料本构关系和失效标准的知识是必须的，通常在一个很大的应变率范围内，在整个设计构思中需要为不同的载荷类型设计正确的结构使得能够承受载荷。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。1991,1140472、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）398402。3、BISCHOFFPH,PERRYSHCOMPRESSIVEBEHAVIOROFCONCRETEATHIGHSTRAINRATESMATERSTRUCT,1991

10、,144244254504、TAYLORLM,CHENEP,KUSZMAULJSMICROCRACKINDUCEDDAMAGEACCUMULATIONINBRITTLEROCKUNDERDYNAMICLOADINGJOURNALOFCOMPUTERMETHODSINAPPLIEDMECHANICSANDENGINEERING,1986,5533013205、PARVIZSOROUSHIAN,MOHAMEDELZAFRANEYDAMAGEEFFECTSONCONCRETEPERFORMANCEANDMICROSTRUCTURE,CEMENTCONCRETECOMPOSITES2620048538596、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）759772。7、程朝霞，徐银芳，王毅翔。超声波法检测混凝土强度的发展（城市科学版）。华中科技大学学报。2003,12。8、董毓利，谢和平，赵鹏。不同应变率想混凝土受压全过程的实验研究及其本构模型。水利学报，1997,77277