超声激励下混凝土板裂缝发热的有限元分析

蒋雅君; 任荣; 冯辅周; 陶磊; 杜坤

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.007

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

超声激励下混凝土板裂缝发热的有限元分析

更新时间：2025-09-25

- 超声激励下混凝土板裂缝发热的有限元分析
- Finite Element Analysis on Crack Heating of Concrete Slab under Ultrasonic Excitation
- 防灾减灾工程学报 2020年40卷第6期页码：892-901
- 作者机构：
  
  1.西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031
  2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都 610031
  3.陆军装甲兵学院车辆工程系，北京 100072
- 作者简介：
  
  蒋雅君（1980-），男，副教授，硕导，博士。主要从事地下工程防水理论与技术、地下结构病害检测与治理研究。Email:yajunjiang@swjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金面上项目(51875576)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.007
  中图分类号： TU375.2
- 收稿：2018-10-26，
  
  修回：2018-12-21，
  
  纸质出版：2020-12-15
- 稿件说明：
移动端阅览
蒋雅君,任荣,冯辅周等.超声激励下混凝土板裂缝发热的有限元分析[J].防灾减灾工程学报,2020,40(06):892-901.

JIANG Yajun,REN Rong,FENG Fuzhou,et al.Finite Element Analysis on Crack Heating of Concrete Slab under Ultrasonic Excitation[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2020,40(06):892-901.
蒋雅君,任荣,冯辅周等.超声激励下混凝土板裂缝发热的有限元分析[J].防灾减灾工程学报,2020,40(06):892-901. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.007.

JIANG Yajun,REN Rong,FENG Fuzhou,et al.Finite Element Analysis on Crack Heating of Concrete Slab under Ultrasonic Excitation[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2020,40(06):892-901. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.007.

摘要

针对现有混凝土结构缺陷检测手段的不足，引入了混凝土裂缝检测的超声红外热像检测方法。①总结了超声红外热像检测的理论基础，对裂缝发热机制进行了推导和解释。②采用有限元软件ANSYS/LS⁃DYNA，考虑材料阻尼、自振特性、接触效应等情况，建立模型，对混凝土板件在超声激励下的发热效应进行了分析，结果表明在超声激励下，混凝土板件发热明显，而且在实验室条件下该方法适用于混凝土材料；裂缝不同区域接触和发热效应不相同，裂缝中下部接触作用强烈，发热明显；裂缝接触面节点生热由

方向（接触面法向）接触碰撞作用和

方向（接触面切向）摩擦滑移作用共同决定；裂缝发热效应与板件自振特性有关，激励频率近于板件自振频率时，板件振动强烈，发热效应明显。以上结果对混凝土结构无损检测研究具有一定参考价值。

Abstract

Aiming at the shortcomings of the existing defect detection methods for concrete structures， an ultrasonic infrared thermography detection method for concrete cracks was introduced. （1） The theoretical basis of the ultrasonic infrared thermography detection method was summarized， and the thermal mechanism of crack was deduced and explained. （2） Considering material damping， self-vibration characteristics and contact effects， a model was established to analyze the heating effect of a concrete slab under ultrasonic excitation， based on finite element software ANSYS/LS-DYNA. The results show that， under ultrasonic excitation， the heating of the concrete slab is obvious， and the method is suitable for concrete material under the condition of laboratory. The contact and heating effects are different in different areas of the crack. The contact effects in the middle and the lower part of the crack are strong and the heat is obvious. The nodal heating is determined by the contact collision effect of

direction （normal direction of contact surface） and the frictional slip effect of

direction （tangent direction of contact surface）. The heating effect of the crack is related to the self-vibration characteristics of the slab. When the excitation frequency is close to the slab’s natural frequency， the vibration of the slab is strong and the heating effect is obvious. The above results have a certain reference value for the nondestructive testing of concrete structures.

关键词

Keywords

references

张淑仪 . 超声红外热像技术及其在无损评价中的应用［J］. 应用声学， 2004 ， 23 （ 4 ）： 1 - 6 .

Zhang Sh Y . Ultrasonic infrared thermal imaging technology and its application in nondestructive evaluation ［J］. Applied Acoustics ， 2004 ， 23 （ 4 ）： 1 - 6 . （in Chinese）

Favro L D ， Han X ， Ouyang Z ， et al . Thomas infrared imaging of defects heated by a sonic pulse ［J］. Review of Scientific Instruments ， 2000 ， 71 （ 6 ）： 2 417 - 2 421 .

Main A ， Han X ， Islam S . Golam Newaz Fatigue damage detection in graphite/epoxy composites using sonic infrared imaging technique ［J］. Composites Science and Technology ， 2004 ， 64 ： 657 - 666 .

米小兵，张淑仪 . 超声波引起固体微裂纹局部发热的理论计算［J］. 自然科学进展， 2004 ， 14 （ 6 ）： 628 - 634 .

Mi X B ， Zhang Sh Y . Theoretical calculation of local heating of solid microcrack caused by ultrasonic wave ［J］. Natural Science Progress ， 2004 ， 14 （ 6 ）： 628 - 634 . （in Chinese）

洪毅，缪鹏程，张仲宁，等 . 超声红外热像技术及其在无损检测中的应用［J］. 南京大学学报， 2003 ， 39 （ 4 ）： 547 - 552 .

Hong Y ， Miao P Ch ， Zhang Zh N ， et al . Ultrasonic infrared thermal imaging technology and its application in nondestructive testing ［J］. Journal of Nanjing University ， 2003 ， 39 （ 4 ）： 547 - 552 . （in Chinese）

郑凯，张淑仪，蔡士杰 . 超声激发下缺陷红外信号的识别方法研究［J］. 无损检测， 2008 ， 30 （ 10 ）： 757 - 759 .

Zheng K ， Zhang Sh Y ， Cai Sh J . Study on recognition method of ultrasonic excitation signal ［J］. Nondestructive Testing ， 2008 ， 30 （ 10 ）： 757 - 759 . （in Chinese）

张超省，冯辅周，闵庆旭，等 . 超声红外热像技术中预紧力对金属平板振动特性的影响［J］. 机械工程学报， 2016 ， 52 （ 5 ）： 154 - 161 .

Zhang Ch Sh ， Feng F Zh ， Min Q X ， et al . The effect of pretension on the vibration of metal plate in ultrasonic infrared thermal imaging technology ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2016 ， 52 （ 5 ）： 154 - 161 . （in Chinese）

冯辅周，张超省，江鹏程，等 . 超声红外热像技术中缺陷的自动识别［J］. 激光与红外， 2012 ， 42 （ 10 ）： 1 149 - 1 153 .

Feng F Zh ， Zhang Ch Sh ， Jiang P Ch ， et al . Automatic identification of defects in ultrasonic infrared thermography ［J］. Laser and Infrared ， 2012 ， 42 （ 10 ）： 1 149 - 1 153 . （in Chinese）

田干，杨正伟，朱杰堂，等 . 超声红外热波检测中的振动特性及声混沌分析［J］. 红外与激光工程， 2016 ， 45 （ 3 ）： 1 - 6 .

Tian G ， Yang Zh W ， Zhu J T ， et al . Vibration characteristics and acoustic chaos analysis of ultrasonic infrared thermal wave test ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2016 ， 45 （ 3 ）： 1 - 6 . （in Chinese）

张小川，李艳红，丁友福，等 . 玻璃钢试件红外热波检测能力研究［J］. 无损检测， 2006 ， 28 （ 11 ）： 587 - 589 .

Zhang X Ch ， Li Y H ， Ding Y F ， et al . Research on infrared thermal wave detection capability of FRP specimens ［J］. Nondestructive Testing ， 2006 ， 28 （ 11 ）： 587 - 589 . （in Chinese）

刘波，张存林 . 基于热波无损检测的缺陷深度检测和边缘识别［J］. 首都师范大学学报， 2006 ， 27 （ 5 ）： 22 - 25 .

Liu B ， Zhang C L . Defect depth detection and edge recognition based on thermal wave nondestructive detection ［J］. Journal of Capital Normal University ， 2006 ， 27 （ 5 ）： 22 - 25 . （in Chinese）

杨世铭，陶文铨 . 传热学［M］. 北京：高等教育出版社， 2006 ： 33 - 195 .

Yang Sh M ， Tao W Q . Heat transfer ［M］. Beijing ： Higher Education Press ， 2006 ： 33 - 195 . （in Chinese）

刘慧 . 超声红外锁相热像无损检测技术的研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2010 .

Liu H . Research on ultrasonic infrared phase locked thermal image nondestructive testing technology ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2010 . （in Chinese）

J. L. 罗斯 . 固体中的超声波［M］.何存富，吴斌，等，译. 北京：科学出版社， 2004 ： 19 - 106 .

Ross J L . Ultrasound in solid ［M］. He C F， Wu B， et al. Beijing ： Science Press ， 2004 ： 19 - 106 . （in Chinese）

彼得·艾伯哈特 . 现代接触动力学［M］.胡斌，译. 南京：东南大学出版社， 2003 ： 77 - 134 .

Eberhard P . Modern contact dynamics ［M］. Hu B. Nanjing ： Southeast University Press ， 2003 ： 77 - 134 . （in Chinese）

白金泽 . LS-DYNA3D理论基础与计算实例［M］. 北京：科学出版社， 2005 ： 50 - 56 .

Bai J Z . LS-DYNA3D theoretical basis and calculation examples ［M］. Beijing ： Science Press ， 2005 ： 50 - 56 . （in Chinese）

陆新征，叶列平，缪志伟，等 . 建筑抗震弹塑性分析［M］. 北京：中国建筑工业出版社， 2009 ： 127 - 129 .

Lu X Zh ， Ye L P ， Miao Zh W ， et al . Seismic elasto-plastic analysis of buildings ［M］. Beijing ： China Construction Industry Press ， 2009 ： 127 - 129 . （in Chinese）

张超省，宋爱斌，冯辅周，等 . 超声红外热像检测条件的优化方法研究［J］. 红外与激光工程， 2016 ， 45 （ 2 ）： 1 - 8 .

Zhang Ch Sh ， Song A B ， Feng F Zh ， et al . Research on optimization method of test conditions in sonic infrared imaging ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2016 ， 45 （ 2 ）： 1 - 8 . （in Chinese）

混凝土结构设计规范： GB 50010—2010 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2010 .

Specification for design of concrete structure ： GB 50010—2010 ［S］. Beijing ： China Construction Industry Press ， 2010 . （in Chinese）

Livermore software technology corporation . LS-DYNA Keyword User’s Manual （Version 971）-Volumes I and II ［EB/OL］. （ 2007 ）［ 2009-08-17 ］. http：//www.lstc.com http://www.lstc.com .

陈富强，田唯，刘占国，等 . 匹配浇筑混凝土接触面摩擦系数试验研究［J］. 中国港湾建设， 2014 （ 12 ）： 34 - 38 .

Chen F Q ， Tian W ， Liu Zh G ， et al . Experimental study on friction coefficient of matching casting concrete contact surface ［J］. Chinese Harbor Construction ， 2014 （ 12 ）： 34 - 38 . （in Chinese）

谢靖中 . 结构地震反应分析中的阻尼问题探讨［J］. 建筑结构， 2015 ， 45 （ 23 ）： 53 - 58 .

Xie J Zh . Discussion on damping in structural seismic response analysis ［J］. Building Structure ， 2015 ， 45 （ 23 ）： 53 - 58 . （in Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据