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题名HRB400钢筋金纳米复合材料光声传感微裂纹检测
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作者
孙雨梦
孙子惠
杜聪
陈志刚
孙殷楠
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机构
北京建筑大学机电与车辆工程学院
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出处
《光学精密工程》
2025年第15期2365-2377,共13页
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基金
国家自然科学基金资助项目(No.62205012)。
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文摘
为解决传统检测方法抗电磁干扰弱、复杂工况适应性差的问题,针对高铁轨枕HRB400钢筋微裂纹高精度检测的需求,开发了一种基于金纳米复合材料(Au-PDMS)光声传感的超声检测方法。首先,探究光声转换理论模型,制备4.01 wt%,5.23 wt%,6.01 wt%,7.69 wt%浓度梯度Au-PDMS薄膜样品;然后,采用532 nm脉冲激光激发超声信号,结合巴特沃斯带通滤波与db4小波分解复合算法处理数据;最终通过COMSOL Multiphysics搭建HRB400钢筋有限元模型,分析超声信号多维度特征与裂纹深度定量关系。本研究分析采用5.23 wt%浓度样品的超声主频达4.58 MHz、信噪比19.56 dB;实测裂纹深度检测精度640μm。定量研究表明:裂纹深度为1 mm时首波幅值提升;深度3 mm时波形分裂为双峰结构,峰间隔达1.50μs;通过建立裂纹深度与峰值幅度、能量、主频率及到达时间的多参数协同响应模型,实现HRB400钢筋微裂纹量化检测。该系统兼具微米级分辨率、强抗电磁干扰性和复杂工况适应性,为高铁基础设施结构健康监测提供可靠的技术支撑。
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关键词
光声传感
超声检测
HRB400钢筋
多物理场仿真
微裂纹生长
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Keywords
photoacoustic sensing
ultrasonic detection
HRB400 steel reinforcement bar
multiphysics field simulation
microcrack growth
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分类号
TB559
[理学]
TG115.28
[一般工业技术]
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