РОЗДІЛ 2
МОДЕЛювання процесів розповсюдження ПРУЖНиХ ХВИЛЬ У стрижневих бетонних
КОНСТРУКЦІЯХ при ударному збудженні з доступного торця
2.1. Метод адаптивного формування еталонної моделі
Функціональна схема імпульсного луно–методу, що прийнята для реалізації в даній
роботі, залишається класичною (див. рис. 1.13). На вільному торці палі 1 за
допомогою контактного змащення встановлюється приймач акустичних коливань 2.
Механічним ударним випромінювачем 3 (молотком, електромагнітним склерометром
тощо) збуджується хвиля стиску, яка розповсюджуючись в тілі палі, відбивається
від можливих дефектів і від протилежного торця. Зондуючий і відбиті імпульси
сприймаються і перетворюються в електричні сигнали приймачем. Миттєві значення
цих сигналів надходять у буферний нагромаджувач інформації 4, і далі, у
нормалізованій і оцифрованій формі – у ПК 5.
Для реалізації функції автоматизованої відбраковки некондиційних конструкцій
введемо так званий “Метод адаптивного формування еталонної моделі” (АФЕМ)
кондиційної конструкції для заданих умов обстежень. Полягає він у наступному.
Задаються апріорні дані про пальовий об’єкт, що обстежується, а саме –
геометричні параметри паль; механічні властивості бетону; поглинаючі
властивості шарів ґрунту, що по довжині оточують конструкції; максимально
допустимий дефект, дозволений проектувальником.
Моделювання в одній координатній площині декількох сигналограм хвильових
процесів у палі із зміщеними з певним кроком координатами допустимого дефекту і
побудова обвідної максимумів відлунь від цих дефектів (рис. 2.1).
У процесі обстежень паль на об’єкті одержана обвідна накладається на кожну
сигналограму. Вихід відлуння за межі обвідної є критерієм відбраковки паль.
Тобто, задача полягає у розробці гнучкого інструменту моделювання, який повинен
враховувати геометричні параметри об’єкту контролю, умови збудження зондуючого
впливу, поглинання енергії пружної хвилі матеріалом палі і оточуючим
середовищем, перешарування останнього ґрунтами з різними акустичними
властивостями.
Для реалізації АФЕМ необхідно визначити послаблення сигналу, амплітуди
луно–сигналів від дефекту та протилежного торця конструкції в залежності від
акустичних властивостей її матеріалу і середовища, що оточує палю, потужності
випромінювача, характеристики прийомного перетворювача, розміри і форми
дефекту, а також відстані між координатами випромінювання–прийому, дефекту й
протилежного торця конструкції.
Розповсюдження пружних хвиль підпорядковується законам класичної теорії
пружності, що має справу з нескінченно малими деформаціями. На підставі цієї
теорії можна одержати точні розв'язання рівнянь руху. Ці розв'язання повинні
задовольняти рівнянням пружного руху й граничних умов на вільних поверхнях.
Такими поверхнями для стрижньової залізобетонної конструкції є циліндрична або
прямокутна зовнішня поверхня. Розв'язанням рівнянь руху є нормальні хвилі, що
розповсюджуються, які існують у даному типі пружних хвильоводів.
Паля, що заглиблена в ґрунт, перебуває у сильно поглинаючому шаруватому, у
більшості випадків водонасиченому середовищі. Між палею і ґрунтом існує чіткий
акустичний контакт. Внаслідок цього, а також за рахунок хвилеподібних рухів
бічної поверхні палі, частина енергії хвилі випромінюється в ґрунт.
При аналізі хвильового процесу, враховуються швидкість розповсюдження й
загасання пружних хвиль, моменти повернення відбитих сигналів, їхній
спектральний склад, а також спектральний склад зондуючого імпульсу. Ці дані
представляють інформацію про середню міцність бетону по довжині конструкції, її
лінійні розміри, характер та розміри дефектів, їx локалізацію по довжині, тобто
все, що потрібно при дефектоскопії об'єктів.
Хвилі напруги в тілах можна розділити на три основні класи [33, 34, 84].
Пружні хвилі, при яких напруги такі, що середовище підкоряється закону Гука.
При цьому рівняння руху визначаються прирівнюванням пружним силам добутків мас
на прискорення, причому передбачається, що ніякі інші сили не мають впливу.
Властивості багатьох матеріалів (метал, металеві сплави) при малих деформаціяx
істотно не відрізняються від пружних і результати досліджень у більшості
випадків узгоджуються з даними теорії пружності.
В’язко–пружні хвилі. Крім напруг, які визначаються законом Гука, присутні також
дисипативні напруги, що залежать від швидкості часток або від похідних більш
високого порядку, від зсуву часток по координатах або за часом. Для
структурно–неоднорідного бетону на додаток до напруг пружності є значним вплив
“негуковиx” напруг тертя або в'язкості.
Ударні хвилі, при яких напруги в середовищі перевищують межі пружності.
Два перших класи використовують хвилі малої амплітуди й належать до області
лінійної акустики, де напруги (або тиск) пропорційні деформації. Область
коливань із більшими амплітудами або інтенсивностями, де така пропорційність
відсутня, належить до нелінійної акустики. Акустичні методи неруйнівного
контролю діють в області лінійної акустики.
У твердих тілах можуть існувати кілька типів хвиль [33, 34, 84]. У необмеженому
середовищі: поздовжні, де напрямки коливань у хвилі збігаються з напрямком її
розповсюдження; поперечні, де напрямки коливань перпендикулярні напрямкам
розповсюдження. У напівнескінченному середовищі уздовж поверxні тіла
розповсюджуються поверxневі хвилі Релея, а на межі двоx твердих середовищ,
модулі пружності й щільності яких значно не відрізняються, утворюється хвиля
Стоунлі. У стрижньовиx системах в залежності від способу збудження можуть
одночасно існувати поздовжні, поперечні, поверхневі, ротаційні і вигиноподібні
хвилі.
Оскільки комплексно пр
- Київ+380960830922