同济大学土木工程课件声波测试技术与声发射监测技术

GaoSuGongLu第四章声波测试技术SACE9/4/20231*§4-0概述弹性波：振动在弹性介质中的传播，形成了弹性波声波是弹性波的一种声波的概念（20－20000HZ）声波是介质中振动的质点，将振动的能量传递给给周围的质点，引起周围质点的振动，从而以波动的形式将声能向外传播。声波测试的应用依据：目前所用的声波测试方法，以测量声波在介质中传播的时间和在介质中传播一定距离后脉冲（或振幅）的衰减值为依据.9/4/20232*声波测试技术：

岩体声波探测技术是以人工的方法，向介质(岩石和岩体)辐射声波，观察声波在介质中传播的情况和特性。由于介质的物理性质不同，其传播速度等参数也不相同。应用这个基本原理，作为分析或测定岩体的物理性质和力学性质的依据。特点属于无损检测的方法。§4-0概述9/4/20233*应用：

1．利用声波参数，对工程岩体进行分类、分级；2．评价地下工程围岩的稳定性；3．工程地质勘探钻孔及孔间地质剖面分层，确定风化层厚度；4．岩石和岩体的物理力学性质的测定；5．岩体中存在缺陷的探测；6．工程岩体施工及加固措施效果的检测。§4-0概述9/4/20234*波动方程：拉密运动方程§4-1声波的传播规律9/4/20235*拉密运动方程的推导X方向的平衡方程：X方向上利用牛顿第二定律§4-1声波的传播规律9/4/20236*拉密运动方程的推导三个方向的运动方程：弹性介质本身的特性§4-1声波的传播规律9/4/20237*拉密运动方程的推导三个方向的运动方程：代入整理可得§4-1声波的传播规律9/4/20238*1）纵波传播速度推导定义：质点振动方向与波的传播方向一致。纵波波速§4-1声波的传播规律9/4/20239*2）横波传播速度推导定义：沿质点振动方向与波的传播方向垂直。§4-1声波的传播规律横波波速9/4/202310*3表面波定义：沿介质表面和交界面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波（也称瑞利波，R波）。注意面波与纵波和横波传播介质区别：R波在层状介质中传播。而纵波和横波是在均匀介质中传播。R波波速估算：§4-1声波的传播规律9/4/202311*三种波波速的关系§4-1声波的传播规律9/4/202312*4波速度比较纵波和横波注意：①利用各种波的速度差异，可以帮助在记录中识别各种波。②实际应用时，由于S波发生和接受均较困难，故一般多利用P波进行测试（但不是绝对的）。对多数岩石，泊松比约为0.25,纵波速度大于横波速度，故纵波又称P波（Primary，初至波）；横波又称S波（Secondary，次至波）。§4-1声波的传播规律9/4/202313*§4-2声波探测技术1声波的利用：波速、振幅、频率、波形等；目前利用最多的是波速，特别是纵波波速。2弹性参数：9/4/202314*2影响岩体（石）波速的主要因素：(1)岩石越致密，岩体声速越高。

(2)结构面的存在，使得声速降低。使声波在岩体中传播时存在各向异性。(4)岩体风化程度大，破碎，裂隙发育，则声速低。(5)应力的关系：压应力方向上声波速度高。(6)孔隙率n大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩体波速高。§4-2声波探测技术9/4/202315*3

声波探测仪器设备和使用岩体声波探测是声波发射、传播及接受显示的过程,声波探测仪由发射换能器、接收换能器和声波仪组成。§4-2声波探测技术9/4/202316*3声波探测仪器设备和使用（1）换能器的布置方法：穿透法室内实验现场测试:双孔孔间穿透法§4-2声波探测技术9/4/202317*反射法T R界面1界面2界面3深度时间目的物反射法§4-2声波探测技术9/4/202318*剖面法：§4-2声波探测技术9/4/202319*5声波测试的应用:地质工程岩土工程结构工程

1地质工程：1）围岩松弛带的测试§4-2声波探测技术岩体完整,节理裂隙,可认为未有松驰带。波速与孔深的关系洞壁出现应力集中现象,岩体保持完整。松弛带应力上升原始应力带应力集中现象不明显,近洞壁岩体完整性降低,存在松驰带9/4/202320*1地质工程：2）评价完整性程度，估算岩体强度。§4-2声波探测技术Cm>0.750.75>Cm>0.45Cm<0.45完整性好完整性较好完整性差据完整性系数进行岩体质量分级工程岩体分级标准GB50218-94公路隧道围岩分类规范(JTJ026—090)9/4/202321*1地质工程：2）评价完整性程度，估算岩体强度。§4-2声波探测技术试块强度———声波测试———岩体强度9/4/202322*1地质工程：3）声波测井§4-2声波探测技术9/4/202323*2岩土工程：1）岩土体力学参数确定§4-2声波探测技术9/4/202324*2岩土工程：1）岩土体力学参数确定§4-2声波探测技术9/4/202325*2岩土工程：2）桩基完整性检测§4-2声波探测技术反射法9/4/202326*TSP系列隧洞地震探测仪超前探测原理示意图最大探测距离达500m，有效探测距离150m，最高分辨率1m。2岩土工程：3）隧洞内超前探测§4-2声波探测技术9/4/202327*经验公式3结构工程：1）混凝土厚度检测§4-2声波探测技术9/4/202328*§4-2声波探测技术3结构工程：2）混凝土空洞检测经验公式9/4/202329*直接检测沿面检测§4-2声波探测技术3结构工程3）混凝土裂缝检测9/4/202330*§4-2声波探测技术3结构工程：3）混凝土裂缝检测9/4/202331*§4-2声波探测技术3结构工程：3）混凝土裂缝检测9/4/202332*§4-2声波探测技术3结构工程：3）混凝土裂缝检测贯穿裂隙的探测9/4/202333*§4-2声波探测技术3结构工程：4）深孔法混凝土裂缝检测9/4/202334*第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理指示功率pi

：按示功图计算的功率理论功率Ps、PT：按理论循环计算的功率

Ps(PT)<pi轴功率P：压缩机轴的输入功率绝热指示效率等温指示效率机械效率