本文將與大家分享，功率放大器在超聲技術鋁板損傷監控實驗研究中的應用，希望能對各位工程師有所幫助與啟發。

粘結問題是一個很早就引起工程界關注的問題，材料間的良好粘結是保證不同材料共同受力與變形的基本前提．傳統檢測粘結性能的拉拔試驗會對構件造成一定損傷，有時甚至無法進行試驗．超聲波無損檢測（ＮＤＴ）為檢測粘結性能帶來了方便，目前，對于數字化超聲波檢測粘結性能的研究已取得了一定的研究成果．文獻［１］采用超聲脈沖回波法對鋁合金材料的粘結性能進行了檢測；文獻［２－３］分別采用對側法討論了鋼筋混凝土結構中鋼筋和混凝土界面上由于腐蝕引起的粘結缺陷問題，并與腐蝕試驗進行了對比；文獻［４－５］考慮了碳纖維布的層數及與混凝土界面的粘結缺陷對碳纖維加固鋼筋混凝土結構受彎全過程進行了聲學參數分析；文獻［６］根據超聲波在鋼筋中聲學參數的變化對鋼筋與混凝土的脫粘缺陷進行了研究；文獻［７］對受拉作用下鋼筋與混凝土在粘結失效前界面處粘結裂縫的變化對超聲波振幅的影響進行了研究；文獻［８］利用超聲波多次衰減法研究并檢測了圓筒的筒體與底座粘結強度；文獻［９］對纖維－金屬層板粘接質量進行了非線性超聲評價研究；文獻［１０－１１］對金屬／非金多層粘結結構的粘接質量進行了檢測；文獻［１２－１３］利用超聲波的聲時、首波幅度、聲速、接收波形及頻率等聲學參量分別研究了混凝土板底面砂漿層的粘結缺陷和鋼管混凝土中混凝土與鋼管膠結不良等缺陷，還確定出了缺陷的大小范圍及嚴重程度；文獻［１４］利用首波聲時法和波形識別法檢測了預埋件錨板與混凝土的粘結質量，并建立了缺陷判別方法．ＨＴＣＭ砂漿是一種新型混凝土加固修復材料，與鋼筋之間的粘結缺陷研究相對較少，本文開展了超聲波評估鋼筋與ＨＴＣＭ砂漿粘結性能的研究．

１試驗概況

１.１試件設計與制作

為了考察不同鋼筋類型和粘結初始空洞缺陷對粘結性能的影響，根據混凝土結構試驗標準附錄中粘結性能試驗方法進行試件設計．本試驗分Ａ，Ｂ兩組，每組４個，共８個試件，其中Ａ，Ｂ分別代表圓鋼ＨＰＢ２３５和螺紋鋼ＨＲＢ３３５．每組中設計４個試件，Ａ－１（Ｂ－１）代表無缺陷，Ａ－２（Ｂ－２）代表缺陷長度為３５ｍｍ，Ａ－３（Ｂ－３）代表缺陷長度為７０ｍｍ，Ａ－４（Ｂ－４）代表缺陷長度為１０５ｍｍ．各試件均由ＨＴＣＭ砂漿料制作，水灰比１∶４，密度２０００ｋｇ／ｍ３，自然養護２８ｄ，抗壓強度６２ＭＰａ．試件尺寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１４０ｍｍ，所用鋼筋直徑均為１２ｍｍ，長４００ｍｍ．為了固定鋼筋，使鋼筋位于水泥基材料中心，做成帶孔木板，在澆筑前放進模具的底部，木板厚１０ｍｍ．鋼筋與水泥基材料粘結處的脫離模選用的是多孔軟泡沫，考慮到泡沫的壓縮性，厚度選為１５ｍｍ．制作時采用１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍ模具．并對每個試件選擇１８個點進行測試，共１４４個測點．各組試件通過人工干預使粘結性能有所不同．為了考察人工模擬缺陷對材料粘結性能影響，兩組中均保留了完全粘結的試件做對比．最后通過拉拔試驗檢測了試件的力學性能．試驗中所用到的具體試件見圖１（Ａ、Ｂ代表組號，１、２、３、４代表該組試件編號，ａ、ｂ代表試件的兩個相鄰側面），試件參數見表１．

１.２缺陷的超聲測試

本試驗采用非金屬超聲波檢測儀，根據ＣＥＣＳ２１：２０００《超聲波檢測混凝土缺陷技術規程》，采用對側法進行檢測，測點布置見圖２．測試時在測試區域涂上適量凡士林作為耦合劑，采用對側法測了超聲波的波速等參數。

１.３拔出試驗

在鋼筋的末端焊上長３００ｍｍ，寬１２ｍｍ的螺桿，將５ｔ的荷重傳感器及千斤頂通過螺母固定住，千斤頂連接油泵施加力，荷重傳感器外連接應變儀進行讀數．拉拔試驗裝置見圖３

２結果分析

拉拔試驗的數據分析見表３．由表２、３可看出，隨粘結不良區域的增大，試件粘結性能也相應降低，兩者具有一定的相關性．圖４給出了粘結不良百分比與剩余粘結力百分比關系曲線．

３有限元分析驗證

３.１模型和劃分網格

采用兩個模型：完好鋼筋與水泥基材料模型；鋼筋與ＨＴＣＭ砂漿材料模型（材料間存在粘結裂縫）；材料尺寸均為１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１４０ｍｍ，鋼筋直徑１２ｍｍ，長４００ｍｍ，粘結不良處高７０ｍｍ，厚５ｍｍ．本模擬中，混凝土采用ＳＯＬＩＤ６５單元，考慮到鋼筋的變形，鋼筋采用了八節點ＳＯＬＩＤ４５實體單元．各材料性能參數見表４．

采用從上到下的方式，通過布爾運算得到所需的模型，對模型用ＧＬＵＥ命令進行粘結．為了使波傳播計算中，單元在每個步長計算時沿波傳播方向的長度小于波長，并考慮計算成本，將單元的大小劃分為５ｍｍ．為保證結果準確性，用掃掠（ＶＳＷＥＥＰ）生成六面體單元，刪除鋼筋周邊相應單元模擬粘結裂縫．模型２網格劃分見圖５（３／４模型）．為了使超聲波激勵在網格節點處并盡量與實際相符，模型中側面加載節點選取位置見圖６（共取９個節點）．在另一個側面同一位置節點處接收信號．

３.２定義求解選項和施加荷載（脈沖信號）

采用完全法瞬態分析．發射波理論上應選擇單音頻信號，但嚴格的單音頻信號很難產生．為避免發射波頻散現象帶來的不利影響，選用ＨＡＮＮＩＮＧ窗調制單音頻的窄帶信號脈沖作為激勵信號．單音頻信號經漢寧窗調制后，其信號旁瓣互相抵消，高頻干擾和漏能消去，主瓣高，頻散現象降低，頻譜中能量主要集中于單音頻信號頻率附近．本文仿真分析中單音頻的周期數設定為１０個，單音頻信號頻率選擇為０???４５ＭＨｚ，振幅選為１００μｍ．加載的時間步長為０???２５μｓ，總加載時間為５８μｓ，通過讀取時間差測量出聲學參數．

3.３模擬結果分析

通過ＰＯＳＴ１和ＰＯＳＴ２６，可得到各模型超聲波傳播云圖及各接收信號處接收到的波形，模型１、２各接收信號處所檢測的具體聲學參數見表５．

將表中數據進行對比，說明當材料間粘結處有粘結裂縫時，超聲波傳播所需聲速要降低，超聲波檢測粘結缺陷是可行的

４結論

１）材料間的粘結缺陷的具體位置可以通過超聲波檢測超聲波聲速的變化得知．

２）材料間的粘結性能與粘結缺陷是存在內在規律的，通過檢測材料間的粘結缺陷可以評價材料間的粘結強度等力學性能。

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審核編輯 黃宇