传统 的无损检测方法难 以识别出混凝土结构表面较深的裂缝 ，提出一种基于时间反转理论的表面波混凝土结构裂缝检 测方法 ，采用有限元方法对压电激励与接收表面波的时间反转过程进行了数值仿真。根据表面波时间反转原理 ，计算得到重构 信号 ，通过激励信号和重构信号的相关系数构造了损伤指数。仿真结果表明，混凝土表面裂缝越深 ，与表面波波长越接近 ，重构 波形与激励波形差异越大 ，其损伤指数越高，说明表面波时间反转过程能够有效地识别出混凝土结构的表面裂缝。 关键词：表面波；时间反转方法：损伤指数 ；数值仿真 中图分类 号 ：TU528．01 文 献标 志码 ：A 文章 编号 ：1002—3550(2015)12—0017—04 Simulation study ofsurfac~ breaking crockin concretebeam based on time—reversed theory ofsurfacewave YAJVG yang，ZHANG Mengyang，XIA0Li，OU Wenzhong (DepartraentofEngineeringMechanics，WuhanUniversity，Wuhan430072，China) Abstract：Existingnon—destructi、cetestmethodsareusuallyineffectiveinde~cfionofsurfacebreakingcrackswith largedepths．Itin— troduced amethod suitablefordetection ofdeepcracksbasedon surface wave time reversalth eory．A numericalsim ulationbasedon the finiteelementmode1iSperformed1：oinvestigatesurfacecracks．A damageindexwasdefinedbasedonthecorrelationcoefi cientbetween theactuatedandthereconstructedwavesignals．TheresultsofnumericalsimulationdemonsVam thatthepresenceofcrackhadasignifi— cantinfluence on the propagation characteristicsofsurface wavesalong theconcrete．Damage ofdifferentsizeswasintroducedand then wascorrelated with thedamageindex．Enlarging thecrack depth resulted in anincreaseinthelevelofdistortion in thereconstructed wavesignals，andahigherdamageindexwasobtained．Theresultsshow theeffectivenessofthesurfacewavetime—reversalprocessin identifying cracksin concre~ structures． Key words：surfacewave；timereversal；damageindex；numericalsimulation 0 引言混凝 土结构被 广泛应 用于各 种建设工 程 中，由 于过 载 、风化等原 因，混凝土结构 表面形 成开 口裂纹或不 同深 度 的裂缝 ，对结构造成危 害，因此有必要对混凝 土结 构 的 表 面裂缝缺陷进行检测 ，以判断其对结构的损 害程度并及 时进行相应补救措施 。 目前主要应用无损检测方法来检测开 口裂缝深度 ，如 超声衍射 时差法… 、冲击 回波法 等。但是 ，由于混凝 土 结构微观构成 比较复杂 ，这些方法面 临着诸 多挑战。例如 不能检测较深 的裂缝 ；纵 波能穿 过裂缝 中的水或其 他杂 质 ，与从尖端衍射的纵波相混而无法识别 。 为 了避免上述方法 的缺点 ，近年来 ，利用 表面波检测 裂缝作为一种可行的方法 ，被广泛研究 。相 比于体波 ，表面 波的优势在于其 占据超声波中的主要能量 ，在传播方 向上 衰减慢 。Tsutsumi等 提 出了一种利用表面波检测材料裂 缝深度 的方法 ，并指 出表面波传播经过裂缝 时 ，受到一定 程度的阻碍 ，通 过裂缝后能量 幅值变 小 ；张在东等一通 过 收稿 日期 ：2015—02—18 基 金项 目：国家 自然科学基 金(51378402) 数值模拟用表面波频谱法对材料表 面的开 口裂纹进行 了 研究 ；Aggelis等 通 过试验方 法研究 了不 同深 度 的裂缝 下表面波 的传播特性。 随着 时问反转方法 的发展 ，将其应用于表面波成为一 种有效的检测手段 。时间反转方法 已经在结构健康检测领 域取得显著的成果。Amitt等 提出了利用时问反转方法来 识别材料中的裂纹 ；Sohn等 运用时间反转方法成功对复 合材料板中的损伤进行识别。近年来 ，研究人员开始用时间 反转方法对混凝土结构进行研究 。Saenger等 。应用时问反 转方法通过数值仿真研究了混凝土的超声波特性 ；Mustapha 等 研究 了钢筋混凝土结构 波在钢筋 中的时间反 转过程 ， 检测钢筋上的缺陷。虽然上述对于时 间反转方法研究取得 丰硕的成果 ，不过鲜有应用时间反转方法对混凝土表面裂缝 进行检测。本研究基于表面波的时间反转理论 ，利用有限元 仿真方法对混凝土表面裂缝的检测识别进行数值仿真。 1 表 面波的时 间反 转理论 表面波是一种在结构表面传播的应力波 ，在结构厚度

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