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发布时间:2020-01-06 00:00:00
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重晶石混凝土压电声场探伤仿真模拟与试验研究
Simulation and experimental study in piezoelectric sound field flaw detection of barite concrete
2023年第11期
压电声场;多物理场耦合仿真;重晶石混凝土;无损检测
Piezoelectric sound field; Multiphysics field coupling simulation; Barite concrete; Nondestructive testing
2023年第11期
10.19761/j.1000-4637.2023.11.030.06
国家科技重大专项项目(2018ZX06002008)。
邓 伟1,刘卫东1,*,钟志民2,王东辉2,李 锴2
1.上海理工大学 环境与建筑学院,上海 200093;2.国核电站运行服务技术有限公司,上海 200233

邓 伟1,刘卫东1,*,钟志民2,王东辉2,李 锴2

邓伟,刘卫东,钟志民,等.重晶石混凝土压电声场探伤仿真模拟与试验研究[J].混凝土与水泥制品,2023(11):30-35.

DENG W,LIU W D,ZHONG Z M,et al.Simulation and experimental study in piezoelectric sound field flaw detection of barite concrete[J].China Concrete and Cement Products,2023(11):30-35.

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摘   要:基于COMSOL平台对重晶石混凝土的缺陷检测进行了仿真模拟及试验验证。结果表明:在多物理场耦合作用下,若边界条件与缺陷设定合理、模型建立准确,可以得到压电声场在各种介质中的传播路径与声场分布;通过压电探头接收的电信号与超声波位移场结合可以判断超声波的传播路径,从而对缺陷进行定位和定量计算缺陷半径;模拟缺陷半径接近实测与设计缺陷半径。 Abstract: Based on COMSOL platform, the defect detection of baryte concrete was simulated. The results show that the propagation path and sound field distribution of piezoelectric sound field in various media can be obtained even under the coupling of multiphysics simulation, as long as the boundary and defect are set reasonably and the model is established accurately. By combining the electrical signal received by the piezoelectric probe with the ultrasonic displacement field, the propagation path of the ultrasonic wave can be determined, thereby locating and quantitatively calculating the defect radius. The simulated defect radius is close to the measured and designed defect radius.
英文名 : Simulation and experimental study in piezoelectric sound field flaw detection of barite concrete
刊期 : 2023年第11期
关键词 : 压电声场;多物理场耦合仿真;重晶石混凝土;无损检测
Key words : Piezoelectric sound field; Multiphysics field coupling simulation; Barite concrete; Nondestructive testing
刊期 : 2023年第11期
DOI : 10.19761/j.1000-4637.2023.11.030.06
文章编号 :
基金项目 : 国家科技重大专项项目(2018ZX06002008)。
作者 : 邓 伟1,刘卫东1,*,钟志民2,王东辉2,李 锴2
单位 : 1.上海理工大学 环境与建筑学院,上海 200093;2.国核电站运行服务技术有限公司,上海 200233

邓 伟1,刘卫东1,*,钟志民2,王东辉2,李 锴2

邓伟,刘卫东,钟志民,等.重晶石混凝土压电声场探伤仿真模拟与试验研究[J].混凝土与水泥制品,2023(11):30-35.

DENG W,LIU W D,ZHONG Z M,et al.Simulation and experimental study in piezoelectric sound field flaw detection of barite concrete[J].China Concrete and Cement Products,2023(11):30-35.

摘要
参数
结论
参考文献
引用本文

摘   要:基于COMSOL平台对重晶石混凝土的缺陷检测进行了仿真模拟及试验验证。结果表明:在多物理场耦合作用下,若边界条件与缺陷设定合理、模型建立准确,可以得到压电声场在各种介质中的传播路径与声场分布;通过压电探头接收的电信号与超声波位移场结合可以判断超声波的传播路径,从而对缺陷进行定位和定量计算缺陷半径;模拟缺陷半径接近实测与设计缺陷半径。

Abstract: Based on COMSOL platform, the defect detection of baryte concrete was simulated. The results show that the propagation path and sound field distribution of piezoelectric sound field in various media can be obtained even under the coupling of multiphysics simulation, as long as the boundary and defect are set reasonably and the model is established accurately. By combining the electrical signal received by the piezoelectric probe with the ultrasonic displacement field, the propagation path of the ultrasonic wave can be determined, thereby locating and quantitatively calculating the defect radius. The simulated defect radius is close to the measured and designed defect radius.

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(1)有限元仿真压电转换中输入调幅函数,压电块接收激励电压后转换为超声波传播位移的过程存在延时,延时对波速计算与读取首波抵达时间有一定的影响。
(2)对于重晶石混凝土,压电模块激励信号公式选用正弦激励与高斯函数调幅,可以得到一个较为理想的效果,可以有效抑制杂波对于试验结果的影响。
(3)通过有限元分析截面中各点的振动模式可以得到超声波经过缺陷的路径,并可以计算重晶石混凝土中缺陷的半径,有限元仿真模拟得到的缺陷半径与实际设计缺陷半径误差不超过10%,接近实测缺陷半径与设计缺陷半径。
(4)本文有限元仿真模拟的重晶石混凝土中无缺陷时,超声波的纵波波速为3 219 m/s,与理论波速(3 259 m/s)相差不大,但与实测波速(3 571 m/s)相差较大,可见,有限元仿真模拟与实际情况还有一定差距,若想模拟的结果更贴近实测值,还需要进行相应的重晶石混凝土的本构推导,以及进行COMSOL有限元软件的二次开发,使模拟结果更为准确。

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邓伟,刘卫东,钟志民,.重晶石混凝土压电声场探伤仿真模拟与试验研究[J].混凝土与水泥制品,2023(11):30-35.

DENG W,LIU W D,ZHONG Z M,et al.Simulation and experimental study in piezoelectric sound field flaw detection of barite concrete[J].China Concrete and Cement Products,2023(11):30-35.

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