Page 93 - 《应用声学》2021年第4期

第 40 卷 第 4 期 胡少伟等： 利用表面波对预应力钢筒混凝土管砂浆保护层开裂监测的数值仿真 577

௑ᫎ=0.001 s ѭ᭧: ঴ͯረ (m) 示)。从图 30 和图 31 还可以看出，用体波进行深度
0.5
0 T10 -11 组模拟有着同样的规律 ——随着裂缝深度的增大，
1
30
电压幅值呈下降趋势。但是从无裂缝发展到裂缝深
m
0 25 度为 34 mm，幅值只下降了 0.2 mV，只有面波测量
20 时的 1/4。所以在压电片间距 1.2 m、激励端频率为
-1
15
10 kHz情况下，面波的监测效果相对较好。
-2 10 另外，将图 32 与图 26 进行对比可以发现，采用
5 −11 m)大于采
y x 面波监测时的总位移最大值(32 × 10
z
0 用体波监测时的总位移最大值 (29 × 10 −11 m)，这
也符合面波蕴含能量大于体波能量的客观规律 [13] 。
图 27 x-y 平面位移场 (10 kHz)
Fig. 27 Displacement field for xy plane (10 kHz)
ЯᎶरԍႃྟ
T10 -11
௑ᫎ=0.001 s ѭ᭧: ঴ͯረ (m)
7
0
6
2.5 ЯᎶरԍႃྟ
5
2.0
4
1.5
3 图 29 基于体波的监测模型 (内置式)
1.0
2
0.5 Fig. 29 Monitoring model based on body wave
0 1 (embedded)
z -2 -1 0 1 2
y m 0
x
௄ᜈᎋ ງ10 mm ງ15 mm ງ25 mm ງ34 mm
图 28 y-z 平面位移场 (10 kHz) 1.2
Fig. 28 Displacement field for yz plane (10 kHz) 0.8
0.4
3 不同应力波型对PCCP砂浆保护层裂缝 ଌஆቫႃԍ/mV 0
深度发展监测效果对比 -0.4
-0.8
-1.2
考虑到裂缝深度发展对 PCCP 内预应力钢丝 0.00055 0.00065 0.00075 0.00085 0.00095
௑ᫎ t/s
的危害性，在本节中对比了表面应力波与体应力波
图 30 裂缝长 600 mm、宽 30 mm 工况下深度的影
这两种不同应力波型对裂缝深度发展的监测效果。
响 (体波 10 kHz)
体波监测模型中，保持压电片尺寸不变，将两片
Fig. 30 Influence by the crack depth (600 mm
PZT 间距保持 1.2 m 距离且竖直放入砂浆层内，压
length, 30 mm width, 10 kHz)
电片的极化方向与管长方向一致，压电片中心相距
砂浆层表面 17 mm。裂缝形式和前述模拟相同，仍 0.8
为环向裂缝。将裂缝长度设置为600 mm，宽度设置 0.6
为30 mm，深度分别设置为10 mm、15 mm、25 mm、 ଌஆቫႃԍࣨϙ/mV 0.4 0.8
34 mm 展开深度对照组。网格划分与 2.3 节划分保 0.7 0.65 0.6 0.6
持一致，模型如图 29 所示，电压时程曲线及其对应 0.2
幅值如图 30 ∼ 31 所示，体波监测时的体位移图如 0
௄ᜈᎋ ງ10 mm ງ15 mm ງ25 mm ງ34 mm
图 32所示。
图 31 裂缝长 600 mm、宽 30 mm 工况下幅值随深
由图 31 可以看出，在其他条件完全相同的情
度的变化 (体波 10 kHz)
况下，当没有裂缝产生时，用体波测量时的幅值为 Fig. 31 Amplitude change with the crack depth
0.8 mV，而用面波测量时幅值为 2.4 mV(如图 17 所 (600 mm length, 30 mm width, 10 kHz)