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水工建筑物多以混凝土为主要材料,并且多数均服役多年,诊断其健康状态是一项重要的工作。其中,水工建筑物健康与否又可以混凝土结构实际工作应力予以反映。而在检测应力方法中,超声波检测是其中较为准确、便捷的方式之一。目前,针对混凝土应力与声学参数之间的研究多是借助试验方法进行,但在试验过程中,难免出现一些不可避免的因素对超声波传播产生一定影响,致使其中一些声学参数规律与其原本具备的规律有所差异。鉴于此,本文开展受载条件下混凝土超声波传播特性的数值模拟研究,主要研究内容及成果如下:(1)针对实验室混凝土的制备要求,参照《水工混凝土试验规程》中有关二级配混凝土的规定,基于随机骨料模型理论,借助MATLAB生成实验室混凝土二维细观模型中骨料各顶点的坐标点,并写入TXT文件,由它导入AUTO-CAD软件,实现二维细观模型的部件分类,由此可在ABAQUS软件中建立sj(砂浆)、jm(界面)、gl(骨料)三大部件予以后续计算。(2)基于混凝土破坏损伤机理,且从其受力特性(主要为受压)分析,采用基于规范推导的塑性损伤模型作为混凝土二维细观模型中各组分的本构关系,其中以隐式有限元法求解,实现混凝土细观模型的单轴受压损伤分析,而以显式有限元法求解,实现超声波在混凝土细观模型中的传播。(3)基于ABAQUS软件,提出一种建立应力场与声场耦合的分析方法。其具体过程为:提取受力变形后的各单元坐标,重构几何模型;以塑性损伤模型中损伤因子与弹性模量之间的关系与过镇海所给的泊松比的建议取值公式,重定义模型的基本属性,通过上述方式保存混凝土细观模型在应力场中的某种状态,而后模拟超声波在“已处理”的混凝土二维细观模型中传播。(4)以本文提出的耦合应力场与声场的方法实现受载条件下的混凝土超声波传播的模拟,在获得相应时域波形图之后,以快速傅里叶变换与小波分析对其进行时频分析,获取一些基本声学参数:波速、首波振幅、最大振幅、主频、主频幅值、谱面积、加权谱面积,通过分析发现加权谱面积、首波振幅、波速对应力变化相对敏感,然后使用ORIGIN软件分别将它们与应力进行拟合,获得应力与声学敏感参数之间的关系式。