高频导波检测锚固锚杆缺陷数值模拟研究
郭妍钰
张昌锁
张玥
太原理工大学 矿业工程学院,山西太原 030024
摘要：前期研究证实对于地下工程中广泛使用的锚固锚杆结构只有大于 1 MHz的高频导波具有衰减最小的检测模态,但由于高频导波数值模拟复杂性其研究结果均集中于试验测试,这就使得对高频导波传播特性的研究十分受限.为探究高频导波传播规律并能将其应用于现场锚固质量的检测,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件通过参数优化实现了锚固锚杆数值模型的建立.通过分析不同锚固体厚度对波形的影响得到了能用数值模拟有限尺寸模型代替现场无限锚固厚度尺寸模型的最小外径;理论上导波主要沿钢杆内部向前传播,且锚杆径向体现波导结构形状,因此采用锚杆径向网格设置最密,锚固体径向与杆体轴向网格设置相对稀疏的方法实现了单元数目最小化;鉴于不同首波宽度的导波频散特性不同,对其在无缺陷及带缺陷锚杆中的传播过程进行研究,得到最优首波宽度为0.04 ms;基于上述优化后的 3个参数分别建立完整锚固锚杆与带缺陷锚固锚杆数值模型,数值计算结果与文献中实验室测试结果高度吻合,证明所建立数值模型正确有效,真正实现了有限计算资源下高频导波在锚固锚杆传播应用中的准确模拟.在此基础上搭建含不同缺陷特征的锚固锚杆模型,对缺陷位置及深度进行研究,结果表明特定频率的高频导波能够对钢杆缺陷进行准确定位,同时依据缺陷回波幅值与底端回波幅值之比可大致确定缺陷面积.
关键词：高频导波锚固锚杆无损检测首波宽度缺陷定位
分类号：TD350(矿山压力与支护)TB559(声学工程)
资助基金：国家自然科学基金(50774054)
论文发表日期：2023-10-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 35-44 )
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