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基于时间反转的线声发射检测仿真研究

摘要：声发射测定的其中一个重要目的是定位发声声源，借助声发射感应元件声源处

发出的声音信号收，然后经过波形分析和信号处理就可以对钢绞线内部缺陷的产生和扩展

进行实时监测。时间反转是指将传感器收到的声发射信号反向加载并发出，这时声发射信

号将会在声源处形成聚焦，产生一个叠加增强信号，而且时间反转处理可以减弱声波在传播

过程中波形模式变化对定位结果的影响，进而使定位的发声声源更精准。

经由有限元仿真来验证时间反转的准确性，在仿真软件中建立一个钢绞线模型，设置六

个激励点分别模拟声发射源，再设置两个模拟传感器的采样点进行信号采集，在以时间反转

方式对所采集信号做处理之后，将获得一个叠加增强信号，再根据这个叠加增强信号到达采

样点和采样点之间的时间差、间距以及钢绞线模型中的平均声速对声发射源进行定位。之后

再次通过实验来进一步验证时间反转的准确性，在钢绞线模型上设置六个断铅测试点，两个

声发射传感器位于钢绞线模型的两端。分别在六个测试点激励，将传感器收到的断铅信号

进行时间反转，在声源处得到叠加增强信号，然后根据以上同一办法对发射声音的源头加以

定位。结果表明，不论是有限元仿真还是实验，最终的定位结果误差都在5%以内，都验证了

时间反转的）隹确性。

关键词：声发射检测，时间反转，钢绞线，定位，叠加增强信号

目录

第一章引言1

1.1钢绞线概述1

1.2钢绞线的无损检测1

1.3国内外研究现状1

1.4本章小结2

第二章钢绞线的声发射检测及定位理3

2.1声发射检测原理3

2.2声发射源产生机理3

2.3钢绞线声发射源定位方法3

2.3.1声发射源的定位方法3

2.3.2时间反转聚焦定位原理4

2.3.3钢绞线中的声发射源定位原理4

2.4本章小结6

第三章钢绞线时间反转定位有限元仿真研究6

3.1建立仿真条件6

3.2仿真结果和分析7

3.3本章小结12

第四章钢绞线时间反转定位实验12

4.1设备及试件制作12

4.2平均声速测定13

4.3定位试验与信号分析14

4.4本章小结17

第五章总结与展望18

5.1总结18

5.2展望18

参考文献19

第一章引言

1.1钢绞线概述

在我国的工业发展和各个工程项目中，钢绞线都具有举足轻重的地位，因为钢绞线有抗

拉强度高，松弛性能好，稳定性高且安全系数高等特点，所以被广泛运用于桥梁等大型建筑

项目。钢绞线是一种钢铁产品，它由多根钢丝相绞而成，通常情况下，钢丝表层可依据所需

添加包括镀铜层、镀锌层在内的各种涂层⑴。所谓预应力钢绞线，则指的是为了增加其耐腐

蚀性，而涂上油脂或者石蜡之后包白色粉末或颗粒状的高密度聚乙烯，此类钢绞线也有镀铝

合金或镀锌的。

镀锌钢绞线通常指承力索和拉线，也可以作架空输电的地线、公路两边的阻拦索或者建

筑结构中的结构索⑵。常用的预应力钢绞线一般是没有镀层的，有时也有镀锌的，其在水利、

桥梁、岩土项目、能源、建筑等领域得到了大量运用，通常情况下，在地基、楼板等项目中

会经常运用到无粘结预应力钢绞线。我们平时常见的钢绞线抗拉强度等级为1860MPa，除此

之外还有1720、1770、1960、2000、2100MPa等级别。

1.2钢绞线的无损检测

目前，钢绞线的种类已经不下一百种了，而且规格更是有上千种之多⑶，所以不同类型

和工艺的钢绞线运用后不可避免的会出现程度不一的损伤，因为钢绞线的应用环境一般位于

户外，常年的风吹日晒导致钢绞线很容易出现腐蚀或损伤，比如起重机的吊索，运作时又需

要承受很大的重力，一旦出现损伤将会影响整个建筑工程，因此钢绞线需要经常进行监测及

检修，以免产生不必要的经济损失，甚至人员伤亡。目前可用于检测的办法主要有射线探伤、

磁粉探伤等各种传统的检测办法，但这几种检测方法只能对已经产生的损伤进