高应变整理研讨.doc

基本概念： 波动—任何连续介质内质点的振动都会向四周传播扩散，波动就是这种局部振动向四周的传播过程。 介质必须是连续的，波动中的质点仅在它们各自的平衡位置附近振动，并没有随振动的传播而流动。 弹性波—波在各种形态的连续介质中都可以生成。如果介质的应力应变始终处于其材料弹性范围内的波动，被称为弹性波。就可以应用弹性力学来进行描述。 应力波 声波 在固体中传播的弹性波称为应力波；在流体中传播的弹性波称为声波。 体波和面波 体波：就是能够在弹性介质内部任何部位传播。体波有纵波（P波）和横波（S波）两种。 面波：只能沿弹性介质的表面进行传播。面波主要有Rayleigh波（R波）和Love波两种。 纵波（P波）：是指质点的振动方向与波动的传播方向相一致。纵波是一种伸缩运动，纵波的外形特征是具有“疏松”和“稠密”的区域，也称为疏密波。 横波（S波）：是指质点的振动方向与波动的传播方向相垂直。 横波的外形特征是具有凸起的波峰和凹下的波谷。 波动的几个基本参数 波长：沿着波的传播方向，应力波在一个波动周期内所传播的距离；（=CT=C/f）。在纵波中波长是指相邻两个密部或疏部之间的距离。 周期：完成一次完整波动所花的时间； 频率：在1秒种内完成完整波动的个数。 波的基本描述： （1）运动的参数：包括加速度a、速度v和位移U。 三者之间存在微积分的关系，可以相互换算： v = du/dt = ∫adt a = dv/dt = d2U/dt2 U =∫vdt （2）波速与质点振动的速度的区别 质点运动速度（v）：是指单位时间里质点在其平衡点附近运动时的位移变化量。或：质点在其平衡点附近往复运动的速度。一般来说，只要变形没有超过材料的弹性限度，质点将不可能脱离介质，而只能其平衡点来回摆动运动。 波传播速度（C）：应力波沿桩身传播的运动速度。应力波的波前会跨越一系列质点，不断向前传播。 表现在高应变实测曲线中，如图2.2所示。 波速：C=2L/T 质点运动速度：v对应与v?Z曲线上的值v=V/Z，表示t时刻的质点运动状态。 （3）冲击脉冲（应力波）的时间域特征 冲击脉冲是一种外力作用，这种应力波的特点是：非对称的，短暂的。 峰值（Pmax）:脉冲的最大幅值 脉冲时间宽度(T): 整个冲击脉冲的持续时间。 波长（λ）：也就是脉冲在介质中的传播的长度。如果波的传播速度为c,则： λ= cT = c/f Pmax 频率(f): 冲击脉冲的持续时间T的倒数: f = 1/T （4）变形的参数 包括应变ε、应力σ和力F（即一定范围内应力的总和） 在弹性范围内，材料中的应变ε和应力σ的关系取决于材料的弹性模量E： σ = Eε 一定面积A范围内的作用力F，严格来说应该在其面积内，对应力进行积分计算而得到。对于均匀的应力场或者已知其平均应力值，则可以直接计算： F = EAε (4) 应力波的特性 应力波具有反射、透射、散射、叠加、弥散（衰减）等特性。 ①．反射、透射： 当波传播到两种介质的阻抗变化分界面时，一部分从界面返回，形成反射波；另一部分进入到另一种介质，形成透射（折射）波。 ②.波的叠加原理 i. 两列波相遇后，仍然保持他们各自的特性（频率、波长、振幅、震动方向等）不变，并按照原来的方向继续前进，好象没有遇到过其它波一样。 ii. 在相遇区域内，任一点的振动为两列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。 （5）波阻抗 （Z） 应力波沿弹性杆件向下传播，在其波前到达的截面处，会引起该截面上质点的运动，并在该截面产生作用力。 ?.波阻抗的定义：桩身截面所受内力增量与质点运动速度增量之比。 即：Z=dF/dv=A·dσ/dv= A·Edε/dv =EA/C C =dv/d ?. 其物理意义是：质点运动速度变化一个单位速度（1m/s）所需的力。 ?. 波阻抗Z仅与材料本身有关，大小由材料本身性质所决定。 ?. 波阻抗的计算方法 Z=EA/C=ρC2A/C=2AC=( r /g )AC 其中： E=ρC2 ρ=r/g 式中： Z----桩身材料波阻抗，kN?s/m。 E----桩身材料弹性摸量，kPa。 C----波速，m/s。 A----桩身截面面积，m2。 ρ----桩身材料质量密度，kg/m3。 r ----桩身材料重度，kN/m3。 g----重力加速度，m/s2。 不同桩型典型桩身材料重度如表1.2所示。 表1.2 典型桩身材料重度/密度 应力波理论的应用条件 1 桩为一维线弹性细长杆件 一般认为，对于我们高应变检测，所谓细长杆件是指符合L/D≥5的要求。（L为杆件长度，D为杆件的截面直径。）。 （1）这样才能采用一维波动理论