基于超声二次谐波理论的混凝土无损检测研究

本项目基于非线性超声传播理论，系统研究了考虑衰减的二次谐波模型并研发相关技术进行混凝土损伤检测的实际应用，主要完成的研究内容包括：（1）考虑传播衰减的超声二次谐波模型和混凝土二阶损伤参数表征式；（2）定量评估混凝土损伤的二次谐波试验系统；（3）混凝土构件损伤的二次谐波检测。本项目的重要研究结果包括：通过摄动近似法，得到考虑信号衰减的超声二次谐波幅值与混凝土二阶损伤参数的理论表达式；研发二次超声实验系统检测了砂浆和混凝土试块的人造裂缝、混凝土块受压破坏损伤、岩石受压和高温破坏损伤等不同损伤形式，实验测量的二阶损伤参数对不同损伤形式均表现较高的灵敏度，损伤状态时参数较无损状态时参数增长2-3个数量级。本项目研究结果表明，二次谐波理论中表征结构损伤的二阶非线性参数的损伤检测灵敏度较传统线性超声参数如超声波速等提高10倍以上，有效提高了测量的可靠性和鲁棒性，对混凝土结构内部损伤的无损检测具有重要应用价值。 2100433B

由于各种极限荷载的作用和恶劣服役环境的侵蚀，混凝土构件内部极易产生累积损伤，威胁结构服役安全。所以，研究有效可靠的结构无损探伤技术对于混凝土结构的健康状况监测和全寿命周期安全维护具有很重要的现实意义。传统超声无损检测技术如波速法、衰减法等假设受损结构保持线性本构关系，对与结构损伤高度关联的材料本构非线性缺乏研究，无法有效量化检测结构损伤早期微裂缝。本课题拟基于超声纵波在非线性介质中传播的二次谐波理论研究新的混凝土损伤表征模型和无损检测试验技术，主要内容有：（1）考虑传播衰减的超声二次谐波模型和混凝土二阶损伤参数表征式；（2）定量评估混凝土损伤的二次谐波试验系统；（3）荷载作用下混凝土损伤的二次谐波检测。研究成果将构建衰减效应下二阶损伤参数与二次谐波的理论关联，研发能有效定量检测混凝土裂缝的超声二次谐波试验系统，为混凝土结构健康监测提供具有较高灵敏度和准确度的新技术。

污泥深度脱水困难已经成为资源化利用和减量化处理的瓶颈问题，较热干燥方法具有显著节能优势的电脱水技术是较为可行的途径，但电脱水仍然存在节能、增效的空间。本研究以污泥电脱水的渗流过程为研究对象，采用弱超声和电场共同作用，借助低功率超声波的弱空化和机械振荡提高电脱水速度、深度降低污泥含水率，依托现有渗流理论基础，从提高渗透率、降低渗流阻力、增加渗流压差为目标，分析污泥介质结构特性，结合脱水试验研究弱超声波对污泥电脱水过程中渗流特性的动态改变，优化弱超声电脱水技术操作条件与适宜的应用范围，并针对污泥介质的复杂性和不稳定性建立渗流模型，将使得电脱水技术无论在技术方面还是在经济方面均具有巨大优势，为实现污泥高干脱水和解决污泥资源化利用瓶颈问题提供新的技术途径和研究思路。

受限于复杂几何结构带来的常规无损检测技术不可达性，薄板多栅格钎焊结构的焊接质量检测与评价成为其生产过程中的技术瓶颈。针对这一亟待解决的技术问题，根据前期研究基础，本项目突破常规超声脉冲波法单点检测的理念，提出采用超声Lamb波技术实现声波一处激发、多条钎缝检测的思路。瞄准本领域研究前沿，采用数值模拟技术分析Lamb波在多栅格钎焊结构中的传播行为；并以此为理论指导，采用先进的信号处理技术有效解读检测回波信号中的缺陷特征信息。具体研究内容包括：Lamb波在复杂结构中的传播及与缺陷体的作用过程分析；噪声信号抑制及缺陷信号复原；缺陷信号频散效应的消除及走时信息的提取。本项目旨在阐明复杂结构中Lamb波的反射、透射机理，揭示检测回波信号与缺陷形态之间的内在联系规律。其研究成果将为薄板复杂结构构件难于实施无损检测的问题提供解决思路，进而为保证该种构件的生产质量及使用安全可靠性奠定基础。