《橋樑纜索聲發射監測數值模擬與試驗研究》是依託同濟大學，由孫利民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：橋樑纜索聲發射監測數值模擬與試驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫利民
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
拉索損傷是纜索承重體系橋樑的典型病害之一。為了將聲發射技術運用於橋樑纜索健康監測中，本課題擬研究聲發射信號在橋樑纜索中的傳播特性這一關鍵問題。首先，以聲發射信號在單根鋼絲中的傳播為對象，以解析解驗證有限元模擬方法，以此為基礎建立聲發射信號在多根鋼絲中傳播的精細化有限元模型；研究聲發射信號的解耦方法，提出實用的波形特徵分析方法；通過可以精準定量激勵源的雷射超聲試驗，驗證聲發射在橋樑纜索中傳播的有限元模擬方法的準確性，並研究相關參數的影響；最後根據聲發射信號在多根鋼絲中傳播的有限元模擬和雷射超聲試驗結果，建立聲發射信號在整根拉索中的傳播模型。本課題的研究成果將為橋樑纜索聲發射監測技術奠定理論基礎，具有明確的工程套用價值。
結題摘要
拉索損傷是纜索承重體系橋樑的典型病害之一。為了將聲發射技術運用於橋樑纜索健康監測中，本課題擬研究聲發射信號在橋樑纜索中的傳播特性這一關鍵問題。研究內容及成果如下： 1、聲發射信號在多根鋼絲間傳播的有限元模型研究。基於Padé近似改進了實心圓桿頻率方程的求解；推導了半解析有限元法框架並得到單根鋼絲中導波的頻率方程，討論了材料阻尼和初拉力對信號傳播特性的影響；基於半解析有限元框架建立圓桿受激勵的瞬態回響計算模型；基於彈性體赫茲接觸理論建立多根鋼絲的半解析有限元模型，發現多根鋼絲整體波導結構中出現了單根模態組合的新模態，在波數頻率曲線上表現出明顯的模態轉換；在有限元軟體中建立了單根鋼絲和多根鋼絲束的有限元數值模擬模型，分析發現單根鋼絲中信號傳播規律與理論解吻合，多根鋼絲中出現了新模態，新模態能量會在激發鋼絲和相鄰鋼絲間相互傳遞，總體上各鋼絲能量有趨同的趨勢。 2、聲發射波形數據分析方法研究。基於切比雪夫多項式的改進二維傅立葉變換，將多點的時間空間域信號轉換到頻率波數域內，獲得更細的頻譜；提出根據頻率波數曲線的多重模態濾波方法用於信號模態分離；提出基於時頻分析的聲發射互相關定位方法，可以確定信號間相干性最強的頻率以及對應的時間延遲，再結合頻散曲線可以確定信號源的位置。 3、有限元模擬結果的雷射超聲試驗驗證。開展聲發射在單根鋼絲和多根鋼絲束中傳播特性的雷射超聲試驗，發現單根鋼絲試驗中信號的時頻分布與理論時頻曲線吻合良好，多根鋼絲束試驗中在“強耦合”條件下，多根鋼絲出現了單根模態組合的新模態，在波數頻率曲線上出現明顯的模態轉換；在“弱耦合”條件下，多根鋼絲中新模態特徵不明顯，更加接近單根鋼絲波動特性，相鄰鋼絲中的聲波模態與中心鋼絲相同。 4、聲發射信號在整根拉索中的傳播模型研究。開展了導波在拉索結構中的傳播試驗，建立了能量隨傳播距離的指數衰減模型，發現有張力索能量衰減因子為0.447，遠小於無張力索。
