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原文传递一种基于超声波波速的充填体损伤检测方法

专利名称：	一种基于超声波波速的充填体损伤检测方法
摘要：	本发明涉及一种基于超声波速的充填体损伤预测方法，其特征在于包括下列步骤：一是按现场充填体材料比例制备试验膏体试样，二是单轴载荷强度试验确定膏体试样载荷应力σ与超声波波速V关系的数据，三是通过膏体试样σ与V关系的数据建立膏体试样损伤度D的数学模型，通过该数学模型，计算出膏体试样的损伤度D，进而确定现场膏体充填体的损伤度。本发明的优点是：只需要测定现场充填体的超声波波速，通过该数学模型就能够计算出膏体试样的损伤度，进而代替确定和预测现场充填体的损伤程度，方便快捷，为现场充填体的损伤检测提供了理论依据，具有非常广泛的实用性价值。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	中冶北方(大连)工程技术有限公司
发明人：	东龙宾;王少泉;易宏顺;周育;程崇强
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201910370376.4
公开号：	CN110068610A
代理机构：	鞍山贝尔专利代理有限公司
代理人：	林治锦
分类号：	G01N29/024(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	116600 辽宁省大连市开发区同汇路16号
主权项：	1.一种基于超声波波速的充填体损伤检测方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤一、膏体试样的制备与养护实测获取现场膏体充填体的材料比例，制作与现场膏体充填体相同材料比例的多个膏体试样；步骤二、单轴载荷强度试验确定膏体试样载荷应力σ与超声波波速V关系的数据利用单轴压缩试验机和超声波检测仪对多组膏体试样进行单轴载荷强度测试，直至膏体试样破裂为止，测得膏体试样的载荷应力σ与超声波波速V关系的数据平均值；步骤三、通过膏体试样σ与V关系的数据建立膏体试样损伤度D的数学模型根据单轴单轴载荷强度试验在膏体试样压缩过程中的载荷应力σ与超声波波速V关系的实测数据，通过数据处理和指数曲线拟合方法，建立膏体试样的损伤度D与载荷应力水平关系的通用数学模型如下：式中：A、B和C为待定常数；通过该数学模型，计算出膏体试样的损伤度D，进而确定现场膏体充填体的损伤度。 2.根据权利要求1所述的一种基于超声波波速的充填体损伤检测方法，其特征在于，所述的步骤一膏体试样的制备与养护包括： (1.1)膏体试样制备：按照实测现场充填体的材料比例，将配制好的尾砂、水泥和水置于搅拌机中搅拌均匀，然后进行模具装料，制成长宽高都为100mm的标准膏体立方体试样； (1.2)膏体试样养护：将制成的长宽高都为100mm的标准膏体立方体试样置于湿度为95％，温度为20℃的恒温养护箱中养护，养护期为28天龄期。 3.根据权利要求1所述的一种基于超声波波速的充填体损伤检测方法，其特征在于，所述的步骤二单轴载荷强度测试确定膏体试样载荷应力σ与超声波波速V关系的数据包括： (2.1)膏体试样单轴载荷强度测试准备：超声波检测仪采用瑞士Proceq公司研究的Pundit Lab+混凝土的超声波检测仪，在膏体试样养护28天的时候，对载荷作用下的膏体试样进行超声波脉冲速度(UPV)测试准备，测试前对膏体试样的两端端面进行抛光磨平，用于保证传感器表面与试样表面之间具有良好的耦合性，超声波检测仪包括发射器和接收器，将传感器发射器和接收器放在膏体试样两个相对的端面上， (2.2)膏体试样单轴载荷强度测试过程：膏体试样单轴抗压强度测试采用美国HUMBOLDT HM-5030加载试验机，测试时，一边开启单轴压缩试验机进行加载测定载荷应力σ，同时一一对应测定膏体试样的超声波波速V，直到膏体试样发生破坏，测试结束；重复测定至少三组以上膏体试样，最后求出超声波波速V的平均值和载荷应力σ的平均值；测试时加载速率设定为1mm/min，同组膏体试样应力值的误差在±10％范围内； (2.3)最大载荷应力值σmax的测量：测试膏体试样压坏时得到最大载荷应力值σmax，为膏体试样的破坏强度； (2.4)膏体试样测试开始时的超声波波速值V0的测量：膏体试样刚开始测试时得到的对应的超声波波速值V0。 4.根据权利要求1所述的一种基于超声波波速的充填体损伤检测方法，其特征在于，所述的步骤三通过曲线拟合建立膏体试样损伤度D的数学模型，包括： (3.1)数据整理与推论通过对测得的膏体试样的载荷应力σ与超声波波速V关系的数据平均值进行归一化处理，获得在单轴压缩过程中膏体试样关系的数据，其中：为载荷应力水平， σ：为与超声波波速值V对应的膏体试样的载荷应力值，Mpa, σmax：膏体试样损伤时的最大载荷应力值，为膏体试样的破坏强度，Mpa, 为超声波波速水平， V：为超声波波速值，m/s, V0：为膏体试样单轴载荷强度测试开始时的超声波波速值,m/s；根据岩石力学Lemaitre应变等价原理，连续介质材料损伤过程中某截面上单位面积的有效应力由下式求出： σ＝Eε(1-D) (3) 式中σ为有效应力；E为弹性模量；ε为有效应变；D为连续介质材料的损伤度；由式(3)可得 D＝1-E/E (4) 其中，E＝σ/ε；根据材料力学和物理学的原理，测试介质材料的弹性模量E与超声波在测试介质材料中的传播速度V存在下述关系：其中：ρ为介质的密度，γ为泊松比；将式(5)代入(4)中，可得连续介质材料的损伤度D与超声波波速水平的函数关系式： (3.2)膏体试样损伤度与应力水平关系的通用数学模型将关系的数据代入以上推导得到膏体试样损伤度的方程(6)，得到膏体试样损伤度随应力水平关系的数据组群，再把该数据组群进行指数曲线拟合，即得到了一个关于损伤度与应力水平关系的通用数学模型：式中：A、B和C为待定常数；通过膏体试样损伤度与应力水平关系的数据，确定具体的A、B和C数值，得到膏体试样损伤度的具体数学模型，计算出膏体试样的损伤度，进而确定现场膏体充填体的损伤度。 5.根据权利要求3所述的一种基于超声波速的充填体损伤预测方法，其特征在于，所述的超声波检测仪，其传播时间精度为0.1μs，测量频率为54kHz，测量基座的长度精度为0.1毫米以内，传感器直径为42mm。 6.根据权利要求3所述的一种基于超声波速的充填体损伤预测方法，其特征在于，所述的美国HUMBOLDT HM-5030加载试验机，其压力传感器精度为0.0001N，位移传感器测量精度为0.0001mm，最大加载能力为50kN。
所属类别：	发明专利