1、本科毕业论文（20届）混凝土损伤演化的超声波法检测所在学院专业班级工程力学学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要摘要对混凝土的损伤演化现象已有很多研究，使用超声波无损检测技术研究混凝土损伤演化是众多研究方法中的一种。本文利用非金属超声波检测仪检测受冲击后的混凝土试样中超声波的传播波速、波幅，通过波速、波幅的变化研究混凝土损伤及其以及不同子弹打击速度对混凝土损伤演化过程的影响规律。本文采用74变截面SHPB装置实现不同的损伤状态，分别用04MPA、06MPA、08MPA的气压打击直径为74MM，厚度为37MM的圆柱形C40混凝土试样（包括无围压试样和有厚度2MM的钢圈围压试样），研究了C40
2、混凝土的动态力学性能，得到该类混凝土在不同应变率下的应力应变关系，并通过多次打击试样的超声波测试记过研究混凝土的损伤累积过程，得到C40混凝土试样在有围压情况下受冲击后试样的波速、波幅与损伤的关系，量化了宏观损伤值D。最后给出了04MPA、06MPA、08MPA三种子弹打击气压下混凝土试样的损伤演化的具体实验结果，用超声波法得出了混凝土损伤演化规律。关键词混凝土；损伤演化；超声波；动态载荷ABSTRACTABSTRACTMANYOFRESEARCHERSPAYATTENTIONTOTHEDAMAGEEVOLUTIONOFCONCRETETHEULTRASONICTECHNOLOGYISONEO
3、FTHEEFFECTMETHODSTOSTUDYTHEDAMAGEEVOLUTIONWITHIINONDESTRUCTIVEULTRASONICDETECTORDETECTIONWASUSEDINTHISPAPERTOTESTTHEVELOCITIESOFLONGITUDINALOFULTRASONICWAVEPROPAGATIONANDAMPLITUDE,DORESEARCHTOTHEDAMAGEOFCONCRETEANDTHERELATONSHIPBETWEENDIFFERENTAIRPRESSUREANDTHEPROCESSOFDAMAGEEVOLUTIONOFCONCRETEADEVI
4、CEOF74CROSSSECTIONSHPBWASUSEDINTHISEXPERIMENTTOPROVIDEDIFFERENTAIRPRESSUREOF04MPA,06MPA,08MPAIMPACTTHESPECIMENTSDIAMETEROF74MM,THICKNESSOF37MM,THESTEELRINGHADATHICKNESSOF2MM,THEYWEREMADEOFC40CONCRETETHESPECIMENSHADCONFUNINGPRESSUREANDTHEOTHERSWERENOTTHISEXPERIMENTTOOKRESEARCHONTHERELATEDMECHANICALPR
5、OPERTIES,ACQUIRETHESTRESSSTRAINRELATIONUNDERDIFFERENTDYNAMICLOADINGTHERESULTOFTHISEXPERIMENTCOMEOUTTHELAWOFTHEPROCESSOFDAMAGEEVOLUTIONOFCONCRETECAMEOUTUNDERULTRASONICTECHNOLOGYKEYWORDSCONCRETEDAMAGEEVOLUTIONULTRASONICDYNAMICLOAD目录摘要IABSTRACTI目录II1绪言111选题背景及意义112研究背景及国内外研究现状213本论文研究的主要内容42实验原理53实验过程7
6、III31试样的制备与加工732超声波检测及SHPB试验过程1233实验结果及分析214结论展望315参考文献326致谢错误未定义书签。1绪言11选题背景及意义混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，是由普通水泥，骨料，水等组成的复合材料。混凝土使用范围非常广泛，不仅在各种土木工程中使用混凝土，造船业，机械工业，海洋开发，地热工程中混凝土也是重要的材料。混凝土的作为一种重要材料应用在许多大型工程里面，对混凝土力学性能的监测，这在混凝土应用中具有实际意义。通过超声波无损检测方法可以检测混凝土的力学性能。混凝土的损伤演化是混凝土受到动态或者静态载荷的影响因而在混凝土内部的力学性能发生变化。在宏观层面
7、上，通过对超声波在混凝土内部传播受到的影响的分析，可以得到相关的力学性能参数。通过对超声波波速在混凝土中传播速度改变的分析，明确混凝土损伤演化规律与波速之间的关系。研究混凝土损伤演化跟超声波波速之间的关系，能更好的推断混凝土的力学性能（本文主要关注损伤演化）的变化。利用超声波检测混凝土损伤是混凝土无损检测的一种方法。1949年加拿大的LESLIDE、CHEESMAN和英国的RJONESGATFIELD首先把超声波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1。可以方便的检测混凝土的损伤程度，对已经投入使用的混凝土不造成额外的损伤。212研究背景及国内外研究现状假设混凝土在未发生损
8、伤前是均匀的材料，材料的力学性质是连续的，当损伤发生时，将造成材料的不连续，材料的力学性能发生改变。超声波通过材料时会发生衰减，声波的波速，振幅会发生变化，通过仪器可以方便的测出超声波的这种变化。在国外，PHBISCHOFF和SHPERRY使用JBR高应变率下受压混凝土测试技术，讨论了混凝土的力学性能，以及通过JBR技术预测有关不确定的高应变率下混凝土的轴向应变2。INPRASSIANAKIS,NIPRASSIANAKIS通过实验研究测试了NDT方法测试非金属材料完整性的能力，测试了混凝土跟大理石两种材料3。PARVIZSOROUSHIAN,MOHAMEDELZAFRANEY研究对比了普通强度
9、和高强度混凝土材料在相应破坏力下的区别，并通过对混凝土细缝增长微观观察发现混凝土性质的破坏的变化趋势4。在国内，胡时胜在兵器材料科学与工程1911年11月第11期上发表了霍普金森压杆技术介绍了分离式霍普金森压杆实验技术以及它的推广应用。着重讨论了这一试验中遇到的几个问题压杆的弥散效应、试件的惯性效应、断面的摩擦效应、试件的波动效应以及截面不匹配引起的二维效应5。陈德兴，胡时胜，张守保，巫绪涛，徐泽清采取了在入射杆的打击端加设波形整形器，在试件与杆件之间加设万向头及在试件上直接测量应变等新的实验技术及采用新的数据处理方法，提高了实验结果的精确度和可信度6。商霖，宁建国，孙元翔基于复合材料细观思想
10、，研究钢筋混凝土代表性体积单元，研究过程中分析混凝土围压效应，钢筋效应，并给出损伤演化方程，得到单向加筋，正交双向加筋和正交三向加筋混凝土的损伤动态本构关系。确定理想情况下钢筋混凝土本构关系7。薛继乐，黄家宝通过对混凝土损伤本构模型的应用，从线弹性断裂力学出发，探讨并提出了计算混凝土表面型裂缝端损伤区域的有限元计算模型和计算方法8。商涛平，童寿兴，王新友采用回归分析方法取代传统作图分析法，在混凝土表面损伤层厚度的超声波检测中，提高了检测精度。对埋有钢筋混凝土表面损伤层的厚度进行检测，指出钢筋对检测的影响程度。得出结论，当换能起连线与钢筋轴向成斜角布置时，能避免钢筋的影响9。我国在2000年11
11、月10日修订了超声波法检测混凝土缺陷技术规程，作为超声波检测混凝土缺陷的重要技术依据10。朱建林，向礼丹，柳莎莎，贺艳梅，周明辉设计了一种用于混凝土检测的超声波检测仪，该设备拥有发射系统和接收系统，用于无缺陷和有缺陷混凝土灌注桩的测试实验，实验结果误差小，快速准3确11。李铁军个人总结了超声波在混凝土检测中的应用。超声波回弹综合法检测混凝土强度和超声波检测混凝土损伤和内部缺陷的NPF法、CBV法在混凝土检测中的具体应用12。商兴平等人在混凝土表面损伤层厚度的超声波检测中，采用超声波换能器，采用回归分析的方法取代传统的组图法，对埋有钢筋的混凝土表面损伤层厚度进行检测，得到采用超声波换能器连线与钢
12、筋轴向成斜角布置时，能避免钢筋的影响13。上述研究主要侧重对混凝土损伤模型建立和超声波检测混凝土的方法研究和说明。其中跟动态载荷相关的有PHBISCHOFF、SHPERRY和商霖等人。其中商霖等人对混凝土受到动态载荷冲击进行了研究，并且提到了混凝土的围压效应，分析钢筋对混凝土损伤演化过程的影响。他们都没有使用到超声波法检测混凝土损伤演化过程。本实验的亮点是使用超声波无损检测方法检测有围压的混凝土试样的损伤演化过程。混凝土的损伤演化越来越受到关注，使用超声波法可以方便的检测混凝土的损伤演化规律。413本论文研究的主要内容通过ZBLU520非金属超声波检测仪测量超声波在混凝土试样内纵波的传播速度，
13、得到自定义损伤值的演化规律。分析损伤值并用应力应变曲线验证规律的正确性，得到定量的参数描述混凝土的损伤演化发展规律。实验利用74变截面SHPB装置，分别用04MPA、06MPA、08MPA的气压打击直径为74MM，厚度为37MM，围压钢圈厚度是2MM和无围压的圆形C40混凝土试样，研究C40混凝土的相关力学性能，得到该类混凝土在不同打击气压下的应力应变关系，并通过多次打击试样研究混凝土损伤演化过程。A利用SHPB杆得到不同损伤状态的混凝土试样，用超声波仪测量上述试样，得到不同损伤混凝土的波速以及首波波幅。B本实验包括有围压混凝土试样在不同打击速度，不同打击次数下的损伤研究。C分析测量得到的超声
14、波纵波波速、首波波幅，得出混凝土损伤演化的规律，同时得到应力应变曲线，可以反映超声波法检测混凝土损伤演化的有效性。52实验原理混凝土是一种非均匀介质，内部存在着广泛的复杂界面。超声波是频率高于20000赫兹的声波。它具有良好的方向性，穿透能力强。混凝土是多相复合材料，超声波在混凝土内部传播时，在不同材料中的声速值不同，而且混凝土内部存在各种界面，超声波在传播途中，遇到这些界面就会发生反射，折射等多种传播方式。散射作用使材料对声波的衰减较大，方向性差，频率越高，传播距离越小，绕过颗粒的能力越差。混凝土中出现损伤时，超声波在各组分界面和损伤处发生的反射、折射、透射、绕射等，使得能量不断损失，导致接
15、收到得超声波声学参数生变化，正是这些发生变化的声学参数为混凝土损伤演化检测提供给了依据。采用超声波无损检测可能发现混凝土内部裂纹和其他不连续性，力学性能如动态弹性模量E损伤D以及材料密度存在关系。纵波速度C，弹性模量E，泊松比V，可以被下面的关系决定21211CE（211）这里是材料密度损伤D，未发生损伤前弹性模量0E，发生损伤后弹性模量IEOIEED1（212）采用超声波检测仪测试超声波纵波波速时，选择混凝土试件无钢圈面为检测超声波波速的位置。在混凝土表面涂上凡士林，测波速时，将混凝土试样平放固定，一个人两只手分别拿超声波检测仪的两个探头，使得两个混凝土探头相对，这样检测得到的波速数据就是超
16、声波纵波的波速。6图21如图所示为检测混凝土纵波波速的方式实验中混凝土试样表面在经过多次打击之后会出现小坑跟裂纹。这些是混凝土发生的肉眼可见的损伤。混凝土内部的力学性能的改变则通过超声波波速来体现。得到的混凝土实验数据可以通过列表格分析损伤值的变化规律，以及损伤值变化曲线用以描述损伤的演化过程。图22如图所示为损坏的试样73实验过程31试样的制备与加工实验所采用厚度为2MM，4MM，6MM，8MM直径为74MM，厚度为37MM的圆柱形钢模浇筑有围压试件，用可以拆卸的半圆形钢模制作无围压试件，并在振动台振捣密实。试件混凝土制作采用普通硅酸盐水泥（标号425），砂用中砂，碎石直径小于6MM，用自来
17、水拌和。试件制作采用的各成分配比为水水泥中砂碎石04211224。试件制作步骤A在制作混凝土材料中用筛子筛选合适的中沙，砂石。用钢丝将制作试件所用钢圈和平面钢垫片绑牢，以便用于试件在振动台振捣密实；并在钢板内侧涂上机油，便于拆卸。图311试样制作材料筛选8B将水、水泥、中砂、碎石按照配比混合，并不断搅拌，防止水泥结块。图312实验人员在搅拌水泥C打开振动台。将混凝土分多次装入钢模，每次装入混凝土后在震动台上持续震动直到表面出浆为止。持续加混凝土直到混凝土被震平整后表面跟钢模持平或者高于钢模为止。图313振动水泥试样D浇筑完成后在温度为2005环境中静置24小时后，送入HBY40B型水泥恒9温标
18、准养护箱养护28天后取出加工试件，不同批次的试样要有不同的标记。图314制作成的试样E根据SHPB试验设备的要求，将试件端面进行打磨，以保证平整度。参照SHPB材料试验标准规程，将试件进行再加工，使得试件满足精度要求试件端面平行度在005MM之内，端面对于试件轴线的垂直度小于025保证单个试样的参数基本接近。图315单个实验试样处理F给带有钢圈试样贴应变片。由于一个试样需要2个平行的应变片，且要求钢圈表面光滑。打磨钢圈前选定2个对称位置，用粗砂纸沿一个方向打磨。再旋转90进行第二次打磨。之后旋转45换细砂纸进行打磨，再旋转90用细砂纸打磨。打磨完成，用丙酮对打磨的位置进行擦拭。通过透明胶带确定
19、应变片对称且平行的位置，达到应变片贴片的要求。应变片上金属接头呈M字形，防止因拉扯导致金属接头从应变片上脱离。在应变片上方贴透明胶带固定应变片，并且用透明胶带贴在金属接头下方的钢圈上起到绝缘的效果。10图316应变片接头“W”形接法G焊接应变片跟导线的接头。用打火机点燃导线外层橡胶圈，留下1CM左右裸露铜导线。将铜丝拧紧后插入焊锡膏，待铜丝上沾满焊锡膏，用电焊将应变片跟导线连接在一起。焊接过程中注意焊锡不能存在聚在一起的大团多余焊锡，防止应变片上电平不一样。图317焊接好导线的实验试样H试样焊接好导线之后用VC8900万用表测试应变片是否导通。测试标准是所测得的应变片电阻在120欧姆左右属于应
20、变片正常状态。11图318测量应变片电阻图319用天平测量试样质量12图3110用游标卡尺测量实验试样厚度32超声波检测及SHPB试验过程试样制作完成后用ZBLU520非金属超声波检测仪对所有试样进行第一次检测。用黄凡士林涂抹试样测试表面，确保非金属超声波检测仪探头与试件表面充分接触。测试后，用A、B、C、D、E、F带阿拉伯数字表示所测试样，T0表示为受冲击前所测得的数据编号，T后带阿拉伯数字表示第几次受冲击后所测得的超声波数据。本次试验所有试样在被打击前测试超声波波速值在3778SKM/4625SKM/之间，所有试样均属于正常范围。所测得的超声波波形如下13图321实验测得超声波波形图此次实
21、验所使用的ZBLU520非金属超声波检测仪装置如图所示。图322ZBLU520非金属超声波检测仪14图323此次实验所使用的直锥变截面式74SHPB装置实验所用SHPB杆需要在试件上加载之前进行调整，保证子弹，入射杆，投射杆中心在一条水平线上。把入射杆透射杆子弹高度水平距离进行调整，也就是对杆。15图324对接SHPB杆本次实验需要分别使用04MPA，06MPA,08MPA对每一组试样中选出的三个试样进行打击，记录实验数据。实验数据的记录使用SDY2107A超动态应变仪装置测得入射杆、透射杆、试样上应变片的应变。并通过示波器和应变仪连接在示波器上显示每一次冲击入射杆、透射杆、试样的波形。用电脑
22、保存每一次冲击后示波器接收到得数据。此次实验使用SDY2107A超动态应变仪装置测量SHPB杆以及试样的应变图325SDY2107A超动态应变仪此次实验所使用TDS3014B示波器装置显示从应变仪上接收到的波形16图326TDS3014B示波器实验中示波器上显示的波形。通道1黄色为试样波形，通道2青色为入射杆波形，通道3为红色为透射杆波形。图327实验测得的示波器波形示意图应变片与实验所用SDY2107A超动态应变仪装置用桥盒采用对桥接法连接。与桥盒连接的铜线不能暴露在空气中，必须全部拧进桥盒螺丝下方。保证同一片应变片上两条导线拧进桥盒后暴露在外面的长度相等。每次打击需要在入射杆头上贴波形整形
23、器。波形整形器是比入射杆端面面积小的铜片。用剪刀剪成统一的矩形，不同加载载荷情况下用不同数量的整形器。这个可以用凡士林贴到入射杆端面。每次冲击后波形整形器都被子弹打扁。17图328杆头上的波形整形器每一次打击后从SHPB杆上取下试样，用非金属超声波检测仪检测试件超声波波形，纵波波速，波幅。每次试样从杆上取下，检查混凝土表面是否有肉眼可见损伤出现。除去混凝土表面的混凝土小碎块以便于超声波检测探头与混凝土表面充分接触。检测时，同一个人分别用双手抓住两个超声波探头，与混凝土试样平的两端表面混凝土充分接触，然后开启测试按钮，记录测得数据。实验测试最好同一个人的双手握超声波探头，保持探头对混凝土试样的压
24、力不会有明显变化。实验所得数据由示波器导入电脑存储。进行试样的实验之前先进行一次空杆实验，气压03MPA。检查实验仪器连接线路是否全部正常工作。先进行有围压试样实验。围压试样实验过程实验试样的选择A组试样选择A1、A2、A3为实验所用试样；F组选择F4、F5、F6为实验所用试样。以下为所选用试样的各项物理性质属性表321所选用试样测得的各项物理性质属性表试样钢环厚度（MM）总质量（G）混凝土圆柱质量（G）直径（MM）高度（MM）密度（G/CM3）超声波（KM/S）A125099237187436482314338A2252000379727437052324625A32505843675774
25、36522284635F4无3485348574363721741218F5无35423354237436952173785F6无372637267436982283845调整应变仪、示波器、SHPB杆。在试样两面涂上凡士林，放入入射杆和透射杆之间，保证混凝土表面与杆的端面充分接触。杆不能接触到试样钢圈。用铜块垫在试样下面防止试样从杆上掉落。在SHPB透射杆后加材料顶牢透射杆。清理场地所有人员离开SHPB杆附近。冲气打击试样后，用超声波检测仪检测试样，超声波检测仪发射电压为1000V。每回打击试样后在测试试样时测5个，最后取平均值。每回从杆上取下试样检查试样上是否有肉眼可见的损伤出现。在试样被
26、打击过多次之后，在各个试样表面发现有裂纹，小混凝土块脱落。在有围压试样钢圈附近比较容易出现混凝土块脱落。在04MPA情况下，混凝土试样在打击10次左右会出现裂纹，前面几次打击混凝土表面钢圈附近会有小混凝土块脱落。06MPA、08MPA压力下打击混凝土块试样在前10次打击中就在混凝土表面出现裂纹。如图所示为打击过后的实验试样表面有微小裂纹，小混凝土块脱落，钢圈附近混凝土受损严重。图329打击后损坏的混凝土试样此次实验中出现的钢圈附近的小混凝土块脱落图片19图3210钢圈附近的小块混凝土脱落此次实验中混凝土表面出现的裂纹图3211混凝土表面裂纹此次实验中钢圈附近混凝土受损严重20图3212损伤严重
27、的混凝土试样超声波波速、波幅随着气压加大变化明显。气压越大，超声波纵波波速、波幅每次打击后减少的越多。打击次数越多，同一个试样上波速、波幅减少的越多。超声波波速、波幅与打击次数和气压有关。混凝土的损伤在超声波波速波幅的减少情况下体现出来。无围压试样实验过程调杆，进行空枪实验，检查各个仪器装置是否正常连接运行。实验中总共实验了三个无围压试样选择了F4、F5、F6三个试样。F4使用03MPA的气压打击，F5、F6使用04MPA的气压打击。三个试样均在第一次打击之后出现裂纹，第二次打击就被彻底打成碎片。为围压情况下混凝土试样损伤变化大。第一次打击过后由于混凝土表面不平整无法测试超声波数据，直接进行第
28、二次打击。21图3213裂开的混凝土试样图3214彻底打碎的混凝土碎片33实验结果及分析22用非金属超声波检测仪可以检测探测波在试件中传播的波速、波幅以及波形。本实验是通过检测探测波在混凝土中传播时波速、波幅的变化来反应混凝土的损伤演化过程。实验中通过量化损伤值D宏观的反应了混凝土损伤演化规律。实验测得各个分组试样每次打击后超声波纵波波速、波幅的数值，记录下实验数据，分析实验数据。计算得到用宏观量值表达的混凝土损伤值D的变化规律。使用公式（211）计算实验试样每次打击后的弹性模量E，使用公式（212）计算实验试样的损伤值D，记录振幅得到如下A组和F组实验试样实验数据表331A1试样测得的实验数
29、据试件编号超声波纵波波速密度E损伤值D波幅DBA1T04338231391231301052A1T139652313268443016457510563A1T236482312766713036353710538A1T3314523120563440526953101676A1T430423119213290558012100318A1T5276423115882930634624101608A1T626062311411898067520310299A1T727642311588293063462410319A1T82682231149545065598210273A1T9253323113
30、33905069314510155A1T1026062311411898067520310109A1T1123382311136432073857210137A1T1222823110807470751382100028A1T1324652311263247070939999492A1T1419832318175229081193596024A1T152224231102831076344598166A1T1618242316916783084088491512表332A2实验测得实验数据试件编号超声波纵波波速密度E损伤值D波幅DBA2T0462523244663630105504A2T138
31、542323101372030561610407A2T233042322279348048966410048A2T3330423222793480489664101958A2T4308323219846210555652101494A2T52523213050707816986A2T623132321117074074989296746A2T721022329225628079344296406A2T8188823274427680833369230423表333A3实验测得的数据试件编号超声波纵波波速密度E损伤值D波幅DBA3T0462522843893560105106A3T1240322
32、8118490907300598932A3T21863228712201808377439811A3T312862283393589092268677072A3T41141228267146093913888456A3T512342283124695092881284774A3T610142282109858095193288906表334F组试样测得实验数据试件编号超声波纵波波速密度E损伤值D波幅DBF4T041221733151010282F5T037852172797912010291F6T038452283033682010351如上表所示A组试样在受不同压力多次打击下波速、波幅都逐渐
33、衰减，表明混凝土损伤D能够用来表示混凝土损伤演化的规律。实验测的的超声波波速从45KM/S下降到2KM/S以下。试样第一次受打击之后，损伤值D发生变化，每次打击都有损伤累积。损伤值D总体呈现上升趋势，在10D的范围内变化。损伤值D反应混凝土试样的弹性模量每次受打击后减小百分比越来越大。实验测得的超声波波幅随着打击次数衰减。有围压试样内部损伤演化规律可以通过所得数据表示。损伤值D表示混凝土的损伤程度。当混凝土试样损伤值400D时混凝土内部出现轻度损伤；当混凝土试样损伤值7040D时混凝土内部出现比较重的损伤；当混凝土试样损伤值170D时混凝土损伤非常严重，这个程度有围压混凝土试样容易出现肉眼可见
34、裂纹。当超声波波速在3KM/S4KM/S之间混凝土内部出现轻度损伤；当超声波波速在2KM/S3KM/S之间混凝土内部出现比较重的损伤，当超声波波速在2KM/S以下混凝土内部损伤非常严重。其中试样A1承受04MPA的子弹发射气压打击，在第12次打击后，混凝土表面出现三道裂纹。在混凝土的钢圈围压上没有发现肉眼可见的变形。比较A1试样的波速、波幅以及损伤值D的变化规律，三者变化规律吻合。损伤值D可以表示混凝土的损伤程度。下面为A1试样在不同打击次数下的波速、波幅以及损伤值D的变化规律曲线。2402468101214161800051015202530354045THEVELOCITIESOFLONG
35、ITUDINALKM/STIMESTHEVELOCITIESOFLONGITUDINAL图331A1试样波速随着打击次数变化曲线上图当中超声波纵波波速随着打击次数一开始减小的较快，超声波波速在2KM/S3KM/S之间徘徊减小比较缓慢。有钢圈围压混凝土试样在受SHPB杆打击时，除了混凝土本身产生力学性能上的损伤之外，钢圈中的混凝土被钢圈和SHPB杆提供的压力压密实，造成最后测得的超声波波速、波幅都没有严格按照逐步衰减的规律出现。这是两种机制的竞争导致混凝土的波速曲线发生曲折的现象，超声波波速总体上还是呈现下降趋势。0246810121416189092949698100102104106ULTR
36、ASONICWAVEAMPLITUDEDBTIMESULTRASONICWAVEAMPLITUDE图332A1试样波幅随着打击次数变化曲线如图所示为A1混凝土试样内传播的超声波波幅的变化规律曲线。超声波波幅总体呈现一个下降的趋势，表明在混凝土受冲击后有损伤累积，出现超声波波速、波幅的变25化能够间接的反应混凝土的损伤演化过程。024681012141618000204060810DTIMESD图333A1试样损伤值D随打击次数变化曲线混凝土损伤值D总体呈现上升趋势。打击次数越多，损伤值D上升的越快。混凝土受打击发生损伤之后再受同样的打击会出现更大的损伤。试样A2在06MPA气压下探测波波速随打
37、击次数的变化结果。A2试样在06MPA气压下受打击，第5次打击后混凝土试样表面中心处出现三个小坑。混凝土围压钢圈没有出现肉眼可见的变形、损伤。比较A2试样的波幅、波幅以及损伤值D的变化规律，三者变化规律吻合。通过损伤值D可以表示混凝土的损伤演化规律。下面为A2试样在不同打击次数下的波速、波幅以及损伤值D的变化规律曲线。024680005101520253035404550THEVELOCITIESOFLONGITUDINALKM/STIMESTHEVELOCITIESOFLONGITUDINAL图334A2试样波速随打击次数变化曲线26A2实验试样在06MPA气压下超声波波速整体呈下降趋势，波
38、速变化曲线呈光滑的曲线，超声波波速反弹不明显。超声波波速的下降随着打击次数的增多，下降趋势变缓。0246892949698100102104106ULTRASONICWAVEAMPLITUDEDBTIMESULTRASONICWAVEAMPLITUDE图335A2试样波幅随打击次数变化曲线A2实验试样06MPA气压下超声波波幅呈整体下降趋势，随着打击次数增多，波幅出现下降趋势。02468000204060810DTIMESD图336A2试样损伤值D随打击次数变化曲线实验试样A2在06MPA气压下损伤值上升规律曲线。试样A3在08MPA气压下探测波波速随打击次数的变化结果。A3试样在08MPA气
39、压下受打击，第5次打击后混凝土试样表面出现微裂纹。混凝土围压钢圈没有出现肉27眼可见的变形、损伤。比较A2试样的波幅、波幅以及损伤值D的变化规律，三者变化规律吻合。通过损伤值D可以表示混凝土的损伤演化规律。下面为A2试样在不同打击次数下的波速、波幅以及损伤值D的变化规律曲线。01234560005101520253035404550THEVELOCITIESOFLONGITUDINALKM/STIMESTHEVELOCITIESOFLONGITUDINAL图337A3试样波速随打击次数变化曲线如图为实验试样A3超声波波速随着打击次数变化曲线。01234567580859095100105ULT
40、RASONICWAVEAMPLITUDEDBTIMESULTRASONICWAVEAMPLITUDE图338A3试样波幅随打击次数变化曲线如图所示为实验试样A3超声波波幅随着打击次数变化曲线。280123456000204060810DTIMESD图339A3试样损伤值D随打击次数变化曲线如图所示为实验试样A3损伤值D的变化规律曲线。混凝土试样受06MPA打击情况下损伤演化速度比受04MPA打击损伤演化速度快；混凝土试样受08MPA情况下损伤演化速度又比受06MPA情况的损伤演化速度要快。以下是A组实验试样在不同压力下的波速、波幅以及损伤值D的变化规律的比较分别用曲线表示02468101214
41、16180005101520253035404550THEVELOCITIESOFLONGITUDINALKM/STIMESA1THEVELOCITIESOFLONGITUDINALA2THEVELOCITIESOFLONGITUDINALA3THEVELOCITIESOFLONGITUDINAL图3310不同打击气压下A1、A2、A3试样波速比较上图所示为A组混凝土试样分别在04MPA、06MPA、08MPA气压下三个试样上所测得的混凝土纵波波速随着打击次数变化规律曲线图。通过比较，随着气压的增加，探测波波速变化曲线越陡。29024681012141618747678808284868890
42、92949698100102104106108ULTRASONICWAVEAMPLITUDEDBTIMESA1ULTRASONICWAVEAMPLITUDEA2ULTRASONICWAVEAMPLITUDEA3ULTRASONICWAVEAMPLITUDE图3311不同打击气压A1、A2、A3试样波幅比较上图所示为A组混凝土试样分别在04MPA、06MPA、08MPA气压下三个试样上所测得的混凝土纵波波幅随着打击次数变化规律曲线图。通过比较，随着气压的增加，探测波波幅变化曲线越陡。024681012141618000204060810DTIMESA1DA2DA3D图3312不同打击气压A1、A
43、2、A3试样损伤值D比较上图所示为A组混凝土试样分别在04MPA、06MPA、08MPA气压下三个试样上所测得的混凝土损伤值D随着打击次数变化规律曲线图。通过比较，随着气压的增加，混凝土损伤增加的越快，损伤值D变化曲线越陡。混凝土的损伤演化可以通过实验中测得的数据描绘出的应力应变曲线表达。如下图所示是混凝土受打击后的应力应变曲线。混凝土试样受打击后显示能量损耗跟通过非金30属超声波检测仪检测出来的规律吻合。应力随着应变的增加而增大。01234560102030405060708090STRAIN103STRESSMPA136S1图3313实验应力应变曲线01234567891011010203
44、0405060708090STRAIN103STRESSMPA236S1表3314实验应力应变曲线如图所示为同一个试样前后两次打击的应力应变曲线，试样在经受过第二次打击时应力应变曲线发生变化。随着打击次数增加，混凝土试样损伤增加，更容易受外界条件影响引起混凝土的损伤。应力应变图跟上述超声波检测方法测得的结果相同，反应了超声波检测方法的有效性。314结论展望本文用超声波无损检测方法研究混凝土的损伤演化规律。在SHPB杆上用不同气压的子弹打击混凝土试样，采用非金属超声波检测仪测量混凝土试样受打击后超声波波速、波幅变化，记录变化规律，研究混凝土损伤演化。研究结果表明1实验试样在04MPA、06MPA
45、、08MPA三种子弹发射气压下，同一个混凝土试样在相同子弹打击气压下，测得超声波波速在SKMCSKM/74/01范围内随着打击次数增加逐步变小，打击次数越多波速、波幅减小的越快，损伤值D随着打击次数增加逐步在10D范围内逐步变大。2相同子弹打击次数，子弹发射气压不同，测得损伤值气压高的损伤值大与气压低情况下的损伤值。3应力状态对损伤演化的影响非常明显，无围压试样的损伤演化发展迅速，而有围压的试样损伤演化发展明显见缓。在04MPA子弹发射气压下，无围压试样一次打击就已有明显裂纹，而有钢圈围压时，经过多次打击才出现细小裂纹。本次实验中有采用对有围压试样在动态加载前后混凝土试样的损伤演化进行实验研究
46、。通过超声波波速的变化分析计算出自定义混凝土损伤值D，通过波速的变化宏观的反映了混凝土损伤演化规律。325参考文献1、程朝霞，徐银芳，王毅翔。超声波法检测混凝土强度的发展J。华中科技大学学报（城市科学版第20卷第期2003年12月。2、BISCHOFFPH,PERRYSHCOMPRESSIVEBEHAVIOROFCONCRETEATHIGHSTRAINRATESJMATERSTRUCT,1991,144244254503、INPRASSIANAKIS,NIPRASSIANAKISULTRASONICTESTINGOFNONMETALLICMATERIALSCONCRETEANDMARBLEJT
47、HEORETICALANDAPPLIEDFRACTUREMECHANICS422004191198、PARVIZSOROUSHIAN,MOHAMEDELZAFRANEYDAMAGEEFFECTSONCONCRETEPERFORMANCEANDMICROSTRUCTUREJ,CEMENTCONCRETECOMPOSITES2620048538595、胡时胜。霍普金森压杆技术J。兵器材料科学与工程。1991,114047。6、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J实验力学2005,20（3）398402。7、商霖，宁建国，孙元翔。强冲击载荷作用下钢筋混凝土本
48、构关系的研究J。固体力学报，2005年6月第26卷第2期。8、薛继乐，黄家宝。混凝土损伤断裂数值分析应用研究J。广东水利水电。NO4AUG204。9、商涛平，童寿兴，王新友。混凝土表面损伤层厚度的超声波检测方法研究J。无损检测，2002，249373375。10、张治泰，李乃平，李为杜，林维正，张仁瑜，罗骐先，濮存亭，林文修。超声波法检测混凝土缺陷技术规程M。2000年11月10日。11、朱建林，向礼丹，柳莎莎，等超声波传感器在混凝土无损检测系统中的应用研究J。传感技术学报，2008，21F71290129412、李铁军。超声波在混凝土检测中的应用研究J。民营科技2010,11。13、商涛平，童寿兴，王新友。混凝土表面损伤层厚度的超声波检测方法研究J。无损检测，2002，249373375。
