同濟大學土木工程課件聲波測試技術(shù)與聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)

GaoSuGongLu第四章聲波測試技術(shù)SACE9/4/20231*§4-0概述彈性波：振動在彈性介質(zhì)中的傳播，形成了彈性波聲波是彈性波的一種聲波的概念（20－20000HZ）聲波是介質(zhì)中振動的質(zhì)點，將振動的能量傳遞給給周圍的質(zhì)點，引起周圍質(zhì)點的振動，從而以波動的形式將聲能向外傳播。聲波測試的應用依據(jù)：目前所用的聲波測試方法，以測量聲波在介質(zhì)中傳播的時間和在介質(zhì)中傳播一定距離后脈沖（或振幅）的衰減值為依據(jù).9/4/20232*聲波測試技術(shù)：

巖體聲波探測技術(shù)是以人工的方法，向介質(zhì)(巖石和巖體)輻射聲波，觀察聲波在介質(zhì)中傳播的情況和特性。由于介質(zhì)的物理性質(zhì)不同，其傳播速度等參數(shù)也不相同。應用這個基本原理，作為分析或測定巖體的物理性質(zhì)和力學性質(zhì)的依據(jù)。特點屬于無損檢測的方法?！?-0概述9/4/20233*應用：

1．利用聲波參數(shù)，對工程巖體進行分類、分級；2．評價地下工程圍巖的穩(wěn)定性；3．工程地質(zhì)勘探鉆孔及孔間地質(zhì)剖面分層，確定風化層厚度；4．巖石和巖體的物理力學性質(zhì)的測定；5．巖體中存在缺陷的探測；6．工程巖體施工及加固措施效果的檢測。§4-0概述9/4/20234*波動方程：拉密運動方程§4-1聲波的傳播規(guī)律9/4/20235*拉密運動方程的推導X方向的平衡方程：X方向上利用牛頓第二定律§4-1聲波的傳播規(guī)律9/4/20236*拉密運動方程的推導三個方向的運動方程：彈性介質(zhì)本身的特性§4-1聲波的傳播規(guī)律9/4/20237*拉密運動方程的推導三個方向的運動方程：代入整理可得§4-1聲波的傳播規(guī)律9/4/20238*1）縱波傳播速度推導定義：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致?？v波波速§4-1聲波的傳播規(guī)律9/4/20239*2）橫波傳播速度推導定義：沿質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直?！?-1聲波的傳播規(guī)律橫波波速9/4/202310*3表面波定義：沿介質(zhì)表面和交界面?zhèn)鞑ィ穹S深度增加而迅速衰減的波（也稱瑞利波，R波）。注意面波與縱波和橫波傳播介質(zhì)區(qū)別：R波在層狀介質(zhì)中傳播。而縱波和橫波是在均勻介質(zhì)中傳播。R波波速估算：§4-1聲波的傳播規(guī)律9/4/202311*三種波波速的關(guān)系§4-1聲波的傳播規(guī)律9/4/202312*4波速度比較縱波和橫波注意：①利用各種波的速度差異，可以幫助在記錄中識別各種波。②實際應用時，由于S波發(fā)生和接受均較困難，故一般多利用P波進行測試（但不是絕對的）。對多數(shù)巖石，泊松比約為0.25,縱波速度大于橫波速度，故縱波又稱P波（Primary，初至波）；橫波又稱S波（Secondary，次至波）。§4-1聲波的傳播規(guī)律9/4/202313*§4-2聲波探測技術(shù)1聲波的利用：波速、振幅、頻率、波形等；目前利用最多的是波速，特別是縱波波速。2彈性參數(shù)：9/4/202314*2影響巖體（石）波速的主要因素：(1)巖石越致密，巖體聲速越高。

(2)結(jié)構(gòu)面的存在，使得聲速降低。使聲波在巖體中傳播時存在各向異性。(4)巖體風化程度大，破碎，裂隙發(fā)育，則聲速低。(5)應力的關(guān)系：壓應力方向上聲波速度高。(6)孔隙率n大，則波速低；密度高、單軸抗壓強度大的巖體波速高。§4-2聲波探測技術(shù)9/4/202315*3

聲波探測儀器設(shè)備和使用巖體聲波探測是聲波發(fā)射、傳播及接受顯示的過程,聲波探測儀由發(fā)射換能器、接收換能器和聲波儀組成?！?-2聲波探測技術(shù)9/4/202316*3聲波探測儀器設(shè)備和使用（1）換能器的布置方法：穿透法室內(nèi)實驗現(xiàn)場測試:雙孔孔間穿透法§4-2聲波探測技術(shù)9/4/202317*反射法T R界面1界面2界面3深度時間目的物反射法§4-2聲波探測技術(shù)9/4/202318*剖面法：§4-2聲波探測技術(shù)9/4/202319*5聲波測試的應用:地質(zhì)工程巖土工程結(jié)構(gòu)工程

1地質(zhì)工程：1）圍巖松弛帶的測試§4-2聲波探測技術(shù)巖體完整,節(jié)理裂隙,可認為未有松馳帶。波速與孔深的關(guān)系洞壁出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象,巖體保持完整。松弛帶應力上升原始應力帶應力集中現(xiàn)象不明顯,近洞壁巖體完整性降低,存在松馳帶9/4/202320*1地質(zhì)工程：2）評價完整性程度，估算巖體強度?！?-2聲波探測技術(shù)Cm>0.750.75>Cm>0.45Cm<0.45完整性好完整性較好完整性差據(jù)完整性系數(shù)進行巖體質(zhì)量分級工程巖體分級標準GB50218-94公路隧道圍巖分類規(guī)范(JTJ026—090)9/4/202321*1地質(zhì)工程：2）評價完整性程度，估算巖體強度?！?-2聲波探測技術(shù)試塊強度———聲波測試———巖體強度9/4/202322*1地質(zhì)工程：3）聲波測井§4-2聲波探測技術(shù)9/4/202323*2巖土工程：1）巖土體力學參數(shù)確定§4-2聲波探測技術(shù)9/4/202324*2巖土工程：1）巖土體力學參數(shù)確定§4-2聲波探測技術(shù)9/4/202325*2巖土工程：2）樁基完整性檢測§4-2聲波探測技術(shù)反射法9/4/202326*TSP系列隧洞地震探測儀超前探測原理示意圖最大探測距離達500m，有效探測距離150m，最高分辨率1m。2巖土工程：3）隧洞內(nèi)超前探測§4-2聲波探測技術(shù)9/4/202327*經(jīng)驗公式3結(jié)構(gòu)工程：1）混凝土厚度檢測§4-2聲波探測技術(shù)9/4/202328*§4-2聲波探測技術(shù)3結(jié)構(gòu)工程：2）混凝土空洞檢測經(jīng)驗公式9/4/202329*直接檢測沿面檢測§4-2聲波探測技術(shù)3結(jié)構(gòu)工程3）混凝土裂縫檢測9/4/202330*§4-2聲波探測技術(shù)3結(jié)構(gòu)工程：3）混凝土裂縫檢測9/4/202331*§4-2聲波探測技術(shù)3結(jié)構(gòu)工程：3）混凝土裂縫檢測9/4/202332*§4-2聲波探測技術(shù)3結(jié)構(gòu)工程：3）混凝土裂縫檢測貫穿裂隙的探測9/4/202333*§4-2聲波探測技術(shù)3結(jié)構(gòu)工程：4）深孔法混凝土裂縫檢測9/4/202334*第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機的結(jié)構(gòu)和自動控制第三節(jié)活塞式空壓機的管理復習思考題單擊此處輸入你的副標題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應用：

1.主機的啟動、換向；

2.輔機的啟動；

3.為氣動裝置提供氣源；

4.為氣動工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時間內(nèi)所排送的相當?shù)谝患壩鼩鉅顟B(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor空壓機分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理容積式壓縮機按結(jié)構(gòu)分為兩大類：往復式與旋轉(zhuǎn)式兩級活塞式壓縮機單級活塞壓縮機活塞式壓縮機膜片式壓縮機旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機最長的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動件少（軸承與滑片），潤滑油在機件間形成保護膜，防止磨損及泄漏，使空壓機能夠安靜有效運作；平時有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機，至今使用十萬小時以上，依然完好如初，按十萬小時相當于每日以十小時運作計算，可長達33年之久。因此，將滑片式空壓機比喻為一部終身機器實不為過。滑(葉)片式空壓機可以365天連續(xù)運轉(zhuǎn)并保證60000小時以上安全運轉(zhuǎn)的空氣壓縮機1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機殼間成為壓縮空間，當轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內(nèi)。1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機殼間成為壓縮空間，當轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機是世界上最先進、緊湊型、堅實、運行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機。螺桿式壓縮機氣路系統(tǒng)：

A

進氣過濾器

B

空氣進氣閥

C

壓縮機主機

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機渦旋式壓縮機

渦旋式壓縮機是20世紀90年代末期開發(fā)并問世的高科技壓縮機，由于結(jié)構(gòu)簡單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機，已經(jīng)得到壓縮機行業(yè)的關(guān)注和公認。被譽為“環(huán)保型壓縮機”。由于渦旋式壓縮機的獨特設(shè)計，使其成為當今世界最節(jié)能壓縮機。渦旋式壓縮機主要運動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽為免維修壓縮機。

由于渦旋式壓縮機運行平穩(wěn)、振動小、工作環(huán)境安靜，又被譽為“超靜壓縮機”。

渦旋式壓縮機零部件少，只有四個運動部件,壓縮機工作腔由相運動渦卷付形成多個相互封閉的鐮形工作腔，當動渦卷作平動運動時，使鐮形工作腔由大變小而達到壓縮和排出壓縮空氣的目的。活塞式空氣壓縮機的外形第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強對氣缸的冷卻，省功、對氣缸潤滑有益。二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）1.不存在假設(shè)條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—殘存的氣體在活塞回行時，發(fā)生膨脹，使實際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理2）進排氣閥及流道阻力的影響吸氣過程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3）吸氣預熱的影響由于壓縮過程中機件吸熱，所以在吸氣過程中，機件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預熱損失用溫度系數(shù)λt來衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強對氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理4）漏泄的影響內(nèi)漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數(shù)λl來衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴密配合。5）氣體流動慣性的影響當吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設(shè)計進氣管長度，不得隨意增減進氣管的長度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理上述五條原因使實際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3.排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量Vt----單位時間內(nèi)活塞所掃過的氣缸容積。實際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數(shù)λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影響余隙容積Vc的影響進排氣閥及流道阻力的影響吸氣預熱的影響二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理指示功率pi

：按示功圖計算的功率理論功率Ps、PT：按理論循環(huán)計算的功率

Ps(PT)<pi軸功率P：壓縮機軸的輸入功率絕熱指示效率等溫指示效率機械效率