研究中主要以混凝土板表面經敲擊後激發出板波的傳遞特性，檢測混凝土板結構中是否有缺陷問題。將針對混凝土板結構，以一個敲擊源及一個接收器的配置進行實驗，以短時傅立葉轉換以及再分配時頻譜求得頻散曲線。
利用有限元素模擬可感測敲擊源與接收器擷取接收間距的反應位移波形，得到數值解之波慢-頻率圖，與Disperse程式得到之理論解進行比較分析。研究中以數值模擬之無缺陷及內含缺陷(蜂窩、空洞)、實驗之無缺陷板、混凝土板內含缺陷(自製蜂窩、保麗龍塊、壓克力板、預力套管) ，進行分析比較。
實驗結果得知，當敲擊源從缺陷正上方敲擊時，或測線經過空隙區域，且敲接距離是0.5 m時，發現波長在缺陷上層混凝土厚度約2倍的地方時，波速會開始下降，敲接距離1.0 m和1.5 m波速降低則不明顯；缺陷為蜂窩時，無論敲接距離是0.5 m、1.0 m或1.5 m，在測線經過蜂窩區域皆有波速降低的現象。
數值模擬顯示，無缺陷例在距離近接收到的S_0對稱模態較明顯，隨著距離拉長S_0對稱模態會逐漸消失，A_0反對稱模態會越顯著，可得連續訊號的最小距離至少為敲接收距離的8倍。缺陷例結果得知最佳敲接距離為1.0 m，於波長-波速圖可見缺陷影響波速變化，而缺陷上方混凝土薄層的撓曲振動反應在敲接距離大時較為明顯。

The purpose of this research is on detecting flaw inside concrete slab structure using the characteristics of Lamb waves generated by an impacting force applying on the surface. The experiments were conducted by one excitation source and one receiver configuration. The dispersion curves of the test results were obtained by short-time Fourier transform spectrum and amplitude reassigned method.

The dynamic FEM is used for modeling concrete slab containing hole or honeycombs. The slowness dispersion diagrams for the responses obtaining from different source and the receiver distances were compared with the theoretical solution obtained by DISPERSE. The concrete slab containing defects (Honeycomb, Styrofoam blocks, acrylic panels, empty tube) were cast for conducting the experiments and the test results were analyzed and compared to the numerical ones.

When the impactor-receiver distance is 0.5 m and hitting directly above the defect or the defect located beneath the survey line, the velocity will begin to decline at the wavelength about 2 times the thickness of concrete above the defect. For the impactor-receiver distance is 1.0 m and 1.5 m, the lower in velocity is not obvious. For a honeycomb under the survey line, regardless impactor-receiver distance, 0.5 m, 1.0 m or 1.5 m, the reduction of wavespeed for various wavelength were found.

Numerical simulations show that for no defect cases the S_0 symmetrical mode is obvious for shorter impactor-receiver distance. As the distance stretched, S_0 symmetric modes will gradually disappear and A_0 anti-symmetric modes will be more significant. The better A0 signal can be achieved at a minimum distance 8 times the slab thickness. Result of defect cases show that the best distance of 1.0 m. The wavelength - velocity figures show the defects can affect the changes of velocity w.r.t. wavelength and the consistent flexural vibration of the thin layer of the concrete above the hole is more significant for the cases with larger impact-receiver distance.

目錄
摘要 I
Abstract III
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機及目的 1
1.3 研究流程 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 基本波傳原理 3
2.2群波速度與相位波速【33】 4
2.3表面波譜法 5
2.4 敲擊回音法 7
2.5 板波檢測法 9
2.5.1 板波波傳原理 9
2.5.2 國內相關文獻 11
第三章 以單一敲擊源及單一接收器求取板波模態之群波時頻譜圖之分析原理 15
3.1 短時傅立葉轉換 15
3.2 再分配時頻譜【24】 17
3.3 Disperse介紹及應用 18
第四章 純混凝土板內含缺陷之實驗規劃 19
4.1概述 19
4.2儀器介紹 19
4.3實驗配置 20
4.4實驗方法 21
第五章 版波實驗結果 22
5.1 實驗結果 22
5.2 波速量測 22
5.3板波檢測實驗之結果 22
5.3.1無缺陷區檢測結果 22
5.3.2混凝土板內含缺陷之檢測結果 25
5.4視窗長度不同之敲擊接收距離0.5 m結果 33
5.5 小結 35
第六章 純混凝土板及含缺陷混凝土板模擬數值 37
6.1 概述 37
6.2有限元素數值模擬 37
6.3單層純混凝土板模型 38
6.3.1單層純混凝土板模型不同接收距離之結果 38
6.4單層混凝土板內含不同缺陷之結果 40
6.4.1單層混凝土板內含缺陷之結果 40
6.5小結 47
6.5.1無缺陷例之結果 47
6.5.2內含不同缺陷例之結果 47
第七章 結論與建議 49
7.1 結論 49
7.2 建議 50
參考文獻 51

表目錄
表4-1缺陷種類、尺寸及表面深度 69
表6-1為數值模擬模型種類 85

圖目錄
圖1-1研究流程圖 55
圖2- 1 應力波動行為示意圖 56
圖2- 2表面波譜法表面波譜法之典型試驗配置圖【8】 56
圖2- 3表面波譜法流程 57
圖2- 4典型之頻散曲線圖 58
圖2-5接收器及敲擊源示意圖 58
圖2-6表面位移波形 59
圖2- 7頻率-波數圖【13】 59
圖2-8 頻率-相速圖【13】 60
圖2-9等向(isotropic)板的理論相位波速頻散曲線頻率-相速圖【16】 60
圖2- 10對稱與反對稱模態圖【16】 61
圖2-11自由板上板波頻散曲線圖【17】 61
圖2-12純鋼板32個接收器間距18 mm之頻散曲線圖【18】 62
圖2- 53為敲擊與接收器間距40.05cm之頻散曲線圖【19】 62
圖2-14為敲擊與接收器間距44.05 cm之頻散曲線圖【19】 63
圖2-15為敲擊與接收器間距50.05 cm之頻散曲線圖【19】 63
圖2-16數值模擬混凝土板之頻散曲線與混凝土板理論解比較圖【22】 64
(敲擊接觸時間60μs敲接間距1.5m) 64
圖2- 17數值模擬複合板波長-波速(上5cm下10cm) 【22】 64
圖2- 18單層混凝土板試驗之波速-波長圖 65
(敲擊接收距離為2m敲擊源直徑為9mm) 【23】 65
圖2- 19純水泥漿+混凝土雙層複合板試驗與雙層混凝土板理論解比較 (上層0.06 m，下層0.14 m，敲接0.5 m) 【23】 65
圖2-20純水泥漿+混凝土雙層複合板試驗與雙層混凝土板理論解比較圖 (上層0.1 m，下層0.1 m，敲接0.5 m) 【23】 66
圖3- 1以單一訊號短時傅力葉轉換所得之板波頻散譜【23】 66
圖3- 2以再分配頻譜獲得之原始譜圖【23】 67
圖3-3 混凝土板厚度20mm之理論解模態 67
圖4-1敲擊回音實驗之主要儀器 68
圖4-2可感式敲擊源-3mm、5mm、7mm 68
圖4-3(a)試驗試體配置圖 69
圖4-3(b)試驗試體內預埋缺陷尺寸 70
圖4-4使用透地雷達找出缺陷位置 70
圖4-5試體上實際缺陷位置 71
圖4-6以蜂窩為例模擬測線位置 71
圖4-7 LabVIEW程式設定參數【32】 72
圖4-8 敲擊從蜂窩上方的實驗情況 72
圖4-9現場敲擊得到的波傳訊號【32】 73
圖5-1試體無缺陷之量測波速【32】 73
圖5-2無缺陷版敲擊源與接收器距離0.5 m-(a)(b)敲擊源直徑3 mm、(c)(d) 敲擊源直徑5 mm、(e)(f)敲擊源直徑7 mm。 74
圖5-3無缺陷版敲擊源與接收器距離1.0 m-(a)(b)敲擊源直徑3 mm、(c)(d) 敲擊源直徑5 mm、(e)(f)敲擊源直徑7 mm。 75
圖5-4無缺陷版敲擊源與接收器距離1.5 m-(a)(b)敲擊源直徑3 mm、(c)(d) 敲擊源直徑5 mm、(e)(f)敲擊源直徑7 mm。 76
圖5-5敲擊源直徑5 mm與接收器距離0.5 m -(a)接收器於蜂窩正上方(b)敲擊源於蜂窩正上方、(c)敲擊源通過蜂窩正上方、(d)接收器於壓克力板正上方、(e)敲擊源於壓克力板正上方、(f)敲擊源通過壓克力板正上方。 77
圖5-6敲擊源直徑5 mm與接收器距離0.5 m-(a)接收器於保麗龍正上方、(b)敲擊源於保麗龍正上方、(c)敲擊源通過保麗龍正上方、(d)接收器於預力套管正上方、(e)敲擊源於預力套管正上方、(f)敲擊源通過預力套管正上方。 78
圖5-7敲擊源直徑5 mm與接收器距離1.0 m-(a)接收器於蜂窩正上方、(b)敲擊源於蜂窩正上方、(c)敲擊源通過蜂窩正上方、(d) 接收器於壓克力板正上方、(e)敲擊源於壓克力板正上方、(f)敲擊源通過壓克力板正上方。 79
圖5-8敲擊源直徑5 mm與接收器距離1.0 m-(a)接收器於保麗龍正上方、(b)敲擊源於保麗龍正上方、(c)敲擊源通過保麗龍正上方、(d)接收器於預力套管正上方、(e)敲擊源於預力套管正上方、(f)敲擊源通過預力套管正上方。 80
圖5-9敲擊源直徑5 mm與接收器距離1.5 m-(a)接收器於蜂窩正上方、(b)敲擊源於蜂窩正上方、(c)敲擊源通過蜂窩正上方、(d)接收器於壓克力板正上方、(e)敲擊源於壓克力板正上方、(f)敲擊源通過壓克力板正上方。 81
圖5-10敲擊源直徑5 mm與接收器距離1.5 m-(a)接收器於保麗龍正上方、(b)敲擊源於保麗龍正上方、(c)敲擊源通過保麗龍正上方、(d)接收器於預力套管正上方、(e)敲擊源於預力套管正上方、(f)敲擊源通過預力套管正上方。 82
圖5-11不同缺陷之敲擊源直徑5 mm接收距離0.5 m-(a) (b)無缺陷例、(c)敲擊源於蜂窩正上方、(d) 敲擊源通過蜂窩正上方、(e) 敲擊源於壓克力板正上方、(f) 敲擊源通過壓克力板正上方。 83
圖5-12不同缺陷之敲擊源直徑5 mm接收距離0.5 m-(a) 敲擊源於保麗龍塊正上方、(b) 敲擊源通過保麗龍塊正上方、(c) 敲擊源於預力套管正上方、(d) 敲擊源通過預力套管正上方。 84
圖6-2模擬缺陷亦含純板設計 86
圖6-3無缺陷例之敲擊源與接收器間距不同-(a) (b)接收間距0.6 m、(c) (d) 接收間距1.0 m、(e) (f) 接收間距1.5 m。 87
圖6-4敲擊源與接收器距離0.6 m-(a) (b)無缺陷例、(c) (d)上層厚度距離蜂窩0.03 m、(e) (f) 上層厚度距離蜂窩0.05 m。 88
圖6-5敲擊源與接收器距離0.6 m-(a) (b) 上層厚度距離蜂窩0.1 m、(c) (d)上層厚度距離空洞0.03 m、(e) (f) 上層厚度距離空洞0.05 m、(g) (h) 上層厚度距離空洞0.1 m。 90
圖6-6敲擊源與接收器距離1.0 m-(a) (b)無缺陷例、(c) (d)上層厚度距離蜂窩0.03 m、(e) (f) 上層厚度距離蜂窩0.05 m。 91
圖6-7敲擊源與接收器距離1.0 m-(a) (b) 上層厚度距離蜂窩0.1 m、(c) (d)上層厚度距離空洞0.03 m、(e) (f) 上層厚度距離空洞0.05 m、(g) (h) 上層厚度距離空洞0.1 m。 93
圖6-8敲擊源與接收器距離1.5 m-(a) (b)無缺陷例、(c) (d)上層厚度距離蜂窩0.03 m、(e) (f) 上層厚度距離蜂窩0.05 m。 94
圖6-9敲擊源與接收器距離1.5 m-(a) (b) 上層厚度距離蜂窩0.1 m、(c) (d)上層厚度距離空洞0.03 m、(e) (f) 上層厚度距離空洞0.05 m、(g) (h) 上層厚度距離空洞0.1 m。 96

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