活動缺陷檢測監(jiān)測方法及物理機(jī)制研究

主要研究材料內(nèi)部應(yīng)力、疲勞所造成的活動缺陷（包括疲勞裂紋、蠕變等）對鐵磁性材料的微觀作用機(jī)制，這種作用表現(xiàn)為材料宏觀磁特性的變化，進(jìn)而在材料表面產(chǎn)生漏磁場，建立活動缺陷－漏磁場關(guān)系模型，通過分析材料表面漏磁場特征可判斷是否存在活動缺陷、確定材料的疲勞狀態(tài)和剩余壽命，同常規(guī)漏磁檢測相比，無需外界人工磁化場，避免了漏磁檢測的缺點(diǎn)，同時(shí)，也避免了磁記憶檢測只能定性判斷應(yīng)力集中位置，而無法發(fā)現(xiàn)工程中有重要意義的疲勞裂紋和無法判斷材料疲勞狀態(tài)的問題?；顒尤毕輽z測是一種全新的檢測概念，用于檢測和監(jiān)測在役設(shè)備在使用過程中產(chǎn)生并在使用過程中繼續(xù)擴(kuò)展的危險(xiǎn)性缺陷，拓展了無損檢測的內(nèi)涵，使漏磁場檢測從單純的缺陷檢測向早期狀態(tài)診斷方向發(fā)展，在壓力容器、石油、鐵路、化工、電力、礦山等行業(yè)有迫切的需求和廣闊的應(yīng)用前景。 2100433B

高速鐵路的舒適性和安全性很大程度上取決于路基的平順度和穩(wěn)定性，而鋼筋混凝土路基是一種非均勻的缺陷材料結(jié)構(gòu)，在外界擾動下，隱性缺陷逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轱@性缺陷，缺陷擴(kuò)展到一定程度將影響高速鐵路安全運(yùn)行。目前還沒有現(xiàn)實(shí)可行的在役高速鐵路路基缺陷檢測監(jiān)測方法。本項(xiàng)目擬采用試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬計(jì)算相結(jié)合的手段，通過對含缺陷混凝土的起裂機(jī)理、擴(kuò)展準(zhǔn)則以及裂縫結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定擴(kuò)展判據(jù)進(jìn)行深入的系統(tǒng)研究，探索裂紋起裂時(shí)的力電磁效應(yīng)，裂紋穩(wěn)定到非穩(wěn)定擴(kuò)展瞬態(tài)的力電磁效應(yīng)，以及斷裂全過程的跨尺度計(jì)算模型；發(fā)展針對缺陷混凝土結(jié)構(gòu)非接觸動態(tài)監(jiān)測理論，并形成一套基于結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷擴(kuò)展穩(wěn)定識別的整體安全穩(wěn)定評價(jià)準(zhǔn)則；研制高信噪比和可靠性的高速鐵路混凝土路基活動缺陷檢測監(jiān)測儀器。本研究屬交叉學(xué)科，研究成果對于促進(jìn)我國高速鐵路路基安全監(jiān)測、混凝土力學(xué)學(xué)科的發(fā)展具有重要的科學(xué)和工程意義。

高速鐵路的舒適性和安全性很大程度上取決于路基的平順度和穩(wěn)定性，而鋼筋混凝土路基是一種非均勻的缺陷材料結(jié)構(gòu)，在外界擾動下，隱形缺陷逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轱@性缺陷，缺陷擴(kuò)展到一定程度將影響高速鐵路的安全運(yùn)行。目前還沒有現(xiàn)實(shí)可行的在役高速鐵路路基缺陷檢測監(jiān)測方法。本項(xiàng)目通過試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬計(jì)算相結(jié)合的手段，對含缺陷混凝土的起裂機(jī)理、擴(kuò)展準(zhǔn)則以及裂縫結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定擴(kuò)展判據(jù)進(jìn)行深入的系統(tǒng)研究，探索裂紋起裂時(shí)的力電磁效應(yīng)，裂紋穩(wěn)定到非穩(wěn)定擴(kuò)展瞬態(tài)的力電磁效應(yīng)，以及斷裂全過程的跨尺度計(jì)算模型，發(fā)展針對缺陷混凝土結(jié)構(gòu)非接觸動態(tài)監(jiān)測理論，并形成一套基于結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷擴(kuò)展穩(wěn)定識別的整體安全穩(wěn)定評價(jià)準(zhǔn)則。研制高信噪比和可靠性的高速鐵路混凝土路基活動缺陷檢測監(jiān)測儀器。 通過深入的理論分析，提出了應(yīng)力激發(fā)電偶極子模型。此模型進(jìn)一步闡釋了缺陷擴(kuò)展過程中應(yīng)力變化與電磁輻射之間的聯(lián)系，推導(dǎo)出了混凝土材料的力學(xué)屬性與電磁輻射的電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度以及輻射頻率之間的關(guān)系，為后期處理電磁輻射信號提供了理論支持。應(yīng)力激發(fā)電偶極子模型是基于斷裂力學(xué)和電動力學(xué)理論建立的，該模型將裂紋尖端處所受的應(yīng)力變化情況與電磁輻射的頻率和幅值有效的聯(lián)系起來，推導(dǎo)出了裂紋尖端應(yīng)力的變化是導(dǎo)致電磁輻射的最主要原因，且電磁輻射的能量來自于裂紋尖端應(yīng)力變化產(chǎn)生的應(yīng)變能。其次，通過分析裂紋尖端的位移場，建立了破裂過程的力電耦合模型，該模型將裂紋尖端的張開位移量與電磁輻射的幅值建立了聯(lián)系，進(jìn)而得出了通過電磁輻射的幅值大小判斷破裂情況的評估方法。最后，采用實(shí)驗(yàn)研究的方法，通過在電磁屏蔽箱中的自膨脹破裂實(shí)驗(yàn)，得到了無外界電磁波信號干擾的混凝土破裂過程中產(chǎn)生的電磁輻射信號?；趹?yīng)力激發(fā)電偶極子模型和力電耦合模型對所測得信號的分析，可初步判斷混凝土試樣的裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的情況。解決了如何判斷電磁輻射信號與混凝土開裂擴(kuò)展過程之間的關(guān)系問題。 本研究屬于交叉學(xué)科，研究成果對于促進(jìn)我國高速鐵路路基安全監(jiān)測，混凝土力學(xué)學(xué)科的發(fā)展具有重要的科學(xué)和工程意義。 2100433B

《土石壩水力劈裂的物理機(jī)制及數(shù)值仿真》，本書在前人研究成果的基礎(chǔ)上，深入地分析了水力劈裂發(fā)生的物理機(jī)制，研究了壓實(shí)黏土的拉伸應(yīng)力應(yīng)變特性及斷裂機(jī)理，提出和建立了描述水力劈裂發(fā)生和擴(kuò)展過程的數(shù)值仿真方法，從而將以往針對一點(diǎn)的土石壩水力劈裂判別方法發(fā)展為針對整體結(jié)構(gòu)安全性的評價(jià)方法。2100433B