桥梁声发射检测中的噪音特征及除噪技术研究

为了研究桥梁声发射检测中的噪音特征,并得到相应的除噪方法,在一座预应力钢筋混凝土公路桥的箱梁内部进行了声发射试验.通过对环境噪音声发射信号的波形图分析、参数关联分析、以及声发射源平面定位时定位组传感器所接收信号的逻辑分析,得到了环境噪音声发射信号的基本特征,并总结了相应的除噪方法.研究表明,通过设置合适的采集门槛以及采集频率范围,可以达到很好的除噪效果,另外,在进行声发射源定位时,利用声发射信号参数的逻辑关系分析,可以进一步滤除已经形成事件的环境噪音,同时,对定位图进行聚类,可以使聚类中心更趋于声发射源.     

基于声发射速率过程理论的钢绞线损伤演化试验研究

为了实现钢绞线损伤的实时量化评价,基于速率过程理论建立了钢绞线的损伤演化与声发射信号特征参数的相关方程.采用声发射技术对钢绞线的拉伸过程进行了动态监测,在此基础上采用多项式模型推导了钢绞线的声发射事件概率密度函数和损伤演化方程.试验结果表明:钢绞线弹性阶段的声发射信号主要来源于钢丝之间的摩擦,而塑性阶段的信号则来源于钢绞线材料的塑性变形,钢绞线声发射累积计数曲线与加载曲线具有同步变化关系,声发射累积计数曲线较好地描述了钢绞线材料内部损伤发生及发展变化的全过程.分析结果验证了采用速率过程理论建立的损伤演化方程对钢绞线损伤进行量化评价的有效性和准确性.     

基于声发射技术的混凝土压缩损伤研究

结合力学特性参数及声发射特征参数对混凝土压缩破坏过程进行分析,结果表明声发射特征参数能有效表征混凝土材料内部裂纹扩展数量及损伤程度.基于小波变换对采集的声发射信号进行瞬态分析,获得了裂纹萌生、裂纹生长和微孔洞压缩、裂纹汇合所对应的声发射信号的时频特征.实验中裂纹萌生、裂纹生长和微孔洞压缩、裂纹汇合所对应的声发射信号的上升时间依次增长,频率依次降低与应变能释放理论相符合.     

火灾下钢-混凝土组合楼盖的声发射特性

为研究火灾下钢-混凝土组合楼盖的声发射特性,利用声发射采集仪对火灾下长跨跨中布置次梁的足尺钢-混凝土组合楼盖进行监测。火灾模拟环境为ISO 834标准升温曲线,通过对钢-混凝土组合楼盖的板角、周边、跨中等关键位置处的声发射数据进行滤波分析,研究典型的声发射特征参数(计数、累计计数、幅值和能量),并结合试验破坏的宏观现象,探讨了火灾下钢-混凝土组合楼盖的传力机理及与声发射参数特征的关联。研究结果表明:火灾作用下钢-混凝土组合楼盖的声发射参数随截面温度的非线性变化表现出不同的特征,且与混凝土板面上裂缝开展的不同阶段相吻合,这与材料和结构的力学行为密切相关;试验过程中,声发射源信号在升温初期最为活跃,这与声发射信号中计数(振铃)和累计计数曲线的转折点特征吻合,可以用来反映裂缝开展的过程、分布区域和密集程度;声发射事件在空间位置上的分布特征变化是结构失稳和内部损伤产生的重要前兆,声发射信号本身的强弱(幅值、能量等参数)需特别关注;降温时,组合结构中钢梁、混凝土板间热膨胀系数的差异使得两者之间会有错动产生,直接导致该阶段的声发射信号仍然较为活跃,建议今后建立火灾下结构倒塌的声发射预警系统时予以关注。     

不同骨料粒径混凝土声发射特性分析

通过研究3组普通混凝土轴心受压试件,以不同粗骨料最大粒径作为变量,研究其应力-应变曲线特征及损伤破坏特征.利用声发射技术,研究不同粗骨料粒径普通混凝土的声发射特性,从声发射波速、能量参数、空间定位分析、损伤演化规律等角度综合评价材料特性.结果表明:混凝土的强度指标及变形性能可通过应力-应变全阶段曲线较好地反映,随粗骨料粒径增大,强度呈下降趋势,但骨料间的咬合作用明显增强.声发射波速受材料的密实程度、骨料粒径尺寸影响较大,存在随粗骨料粒径增大、波速下降的趋势.从能量角度分析破坏的全过程,应力水平-累计能量曲线4个阶段特征分明,将事件数引入材料损伤本构方程建立不同粗骨料粒径下的损伤演化模型,对实时、定量评价材料损伤程度具有较高精度.     

静力侵入岩石裂纹扩展及声发射特征

为了研究刀具静力侵入岩石过程中裂纹扩展及声发射特征,基于刀具侵入岩石断裂特征,确定了声发射参数与刀具侵入岩石过程中径、侧向裂纹长度的关系式;通过分析不同脆性岩石和裂纹长度对声发射信号的影响,得到声发射参数随裂纹长度增加而增大,不同岩石脆性程度对声发射参数随裂纹长度的变化曲线有很大影响,是造成声发射曲线不同的根本原因.选取不同脆性的水泥砂浆和花岗岩为研究对象,在RMT-150C压力试验机上进行刀具侵入破岩试验.结果表明:高脆性花岗岩声发射计数率和能量率远大于低脆性水泥砂浆;不同脆性岩石在刀具侵入作用下声发射特征曲线与侵入载荷-侵深曲线具有较好的一致性,可以很好表征刀具侵入过程中岩石内部裂纹扩展和宏观破碎过程.研究结果对于判断岩石材料破坏性质、深化岩石破碎机理及指导岩体稳定性监测有一定参考作用.     

混凝土不同深度裂纹对声发射波传播特性影响

为探究混凝土中不同深度裂纹对声发射波传播特性的影响,开展了不同深度裂纹的混凝土试件声发射试验,研究了不同深度裂纹对声发射波传播特性的影响,并进一步分析了不同深度裂纹存在对损伤信号的定位修正问题.结果表明：随着裂纹深度的增加,声发射信号的损伤变大,声发射波速降低.声发射低频段信号0～62.5 kHz能有效识别不同深度裂纹对声发射信号传播的损伤.基于不同深度裂纹对声发射信号的损伤变化规律,建立了考虑不同深度裂纹影响的修正波速关系模型,与传统时差定位方法相比,该方法对声发射源的定位更精确.     

噪音环境下桥梁损伤声发射定位技术研究

为研究噪音环境下桥梁损伤的声发射定位方法,并获取相应的技术参数,在一座运营中的预应力钢筋混凝土桥梁的箱梁内部进行了声发射定位试验,通过定位参数的选取、断铅模拟损伤的声发射定位试验、声发射信号的滤波除噪、定位图聚类等一系列试验,达到了比较满意的定位效果,定位误差控制在50 mm以内,并获得了桥梁检测中的声发射门槛值、定位波速以及三个定位时间参数值[峰值定义时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)、撞击锁闭时间(HLT)]。试验结果表明,在运营桥梁上进行声发射损伤定位时,门槛值设为40 d B可以滤除大部分环境噪音,同时通过关联图对比分析、利用数字滤波除噪,并对定位图进行聚类,可以进一步提高定位精度,最终误差可以控制在50 mm以内。研究结果可为声发射损伤定位技术在桥梁检测及监测方面的推广应用提供借鉴。     

基于声发射的层状复合岩石损伤演化规律实验研究

为了研究层状复合岩石内部微观裂隙的损伤情况,采用单轴压缩试验,结合声发射分析仪对试件内部破坏过程进行实时监测,分析岩石的破坏过程、声发射的参数等力学特性。研究结果表明:层状复合岩石的破坏特征不是单一岩石破坏特征的直接相加,而是在荷载作用下耦合破坏的结果。强度高的硬岩可以约束强度低的软岩发生横向变形,而强度低的软岩对强度高的硬岩的横向变形具有推动作用;声发射的能量计数与复合岩石内部裂纹的压密、扩展、贯通过程有紧密联系,可以评估岩石内部的损伤程度;根据累计能量建立的损伤演化方程,其拟合数据与试验数据吻合较好,实现了用声发射能量计数反应层状复合岩石的损伤演化规律,为层状复合岩石的损伤研究提供了参考。     

岩石声发射研究现状

声发射技术在岩土工程等领域得到了广泛的应用,通常根据Kaiser效应测试岩石地应力,根据声发射事件的时空分布分析岩石内部损伤状态.介绍岩石中形成声发射的原理及表征参数,阐述Kaiser效应地应力测试和岩石破裂空间定位的原理及影响测试结果的主要因素,系统分析基于声发射表征参数的岩石损伤力学及分形特性的研究进展.针对目前岩石声发射的研究现状,指出Kaiser效应地应力测试、岩石声发射空间定位和岩石损伤力学等方面存在的问题,主要表现在Kaiser效应地应力测试点显现度的影响因素复杂,岩石破裂的声发射空间定位精度有待提升,基于声发射的岩石损伤机理认识不足及分形维数临界值难以统一.     

北山花岗岩热-力耦合力学特性及损伤本构模型研究

为了研究北山花岗岩在热-力耦合作用下的力学特性,进行了实时高温状态下北山花岗岩的单轴压缩及声发射试验,得到了能量计数率和能量累计数参数与应力-应变关系曲线;提出了由声发射量表征的力损伤变量和由弹性模量表征的热损伤变量,然后根据这两个损伤变量建立了北山花岗岩热-力耦合损伤本构模型。研究表明:北山花岗岩声发射曲线与应力-应变曲线吻合得较好,主要分为平静段、上升段、峰值段3个阶段,声发射信号都较为集中在应力-应变曲线突变点,表征了岩石内部能量的释放和损伤的产生;热-力耦合损伤本构模型理论曲线与试验曲线变化规律较为一致,理论曲线较好地反映了实时高温状态下花岗岩由脆性向塑形的转化过程。     

声发射技术在混凝土力学行为研究中的进展

声发射技术是应用较为广泛的一种无损检测技术;论述了声发射在混凝土力学行为中的应用。围绕声发射在混凝土断裂机理、混凝土损伤定位、声发射参数与腐蚀钢筋混凝土的关系、声发射在粘结滑移中的应用、声发射在疲劳荷载作用下的反应、混凝土结构损伤评估等展开讨论,归纳出国内外混凝土结构声发射研究现状,阐述了混凝土声发射技术有待深入探讨的问题。     

混凝土结构损伤声发射分析方法研究进展

基于声发射技术在混凝土损伤检测中广阔应用前景，对国内外混凝土损伤的声发射分析方法的研究进行了分析。混凝土损伤的声发射分析方法梳理工作主要围绕混凝土损伤声发射信号特征参数分析、声发射信号波形分析、基于声发射技术的混凝土损伤定位分析和火灾下混凝土结构损伤声发射技术应用4个方面来展开，介绍了多种声发射分析方法的研究现状，并对其技术特点和适用范围进行了总结。     

常压储罐声发射检测技术研究

声发射检测技术可用于常压储罐腐蚀评价.讨论了常压储罐中声发射信号产生的机制和传播过程,试验研究了液体介质中声发射源的定位、波速的计算及声发射信号的衰减规律,提出了声发射信号的分析方法以及结果评价方法,并给出一个工程实例.     

钢制试件拉伸断裂及疲劳开裂声发射特征分析

设计钢制试件拉伸断裂和疲劳开裂两种损伤过程的声发射监测试验,对采集到的声发射信号进行参数分析,结合红外热成像检测结果,研究声发射信号特征参数与试验过程中试件力学行为之间的相关性.研究结果表明:拉伸断裂和疲劳开裂过程中试件声发射信号的能量、振铃计数、幅值等声发射信号特征参数能够很好地表征试件损伤过程的力学性能演化规律;试件出现损伤时所发出的声发射信号能量幅值主要分布在65～80 dB;声发射技术用于工程结构的健康监测是可行和有效的.     

运用声发射技术研究橡胶混凝土疲劳损伤过程

借助声发射技术对水泥混凝土及橡胶水泥混凝土的疲劳过程进行实时监测,通过声发射信号的强度和活度等相关参数分析疲劳损伤过程.实验结果表明:疲劳循环加载过程中,0.6,0.7,0.8应力水平下水泥混凝土中声发射信号的撞击总数随时间变化均呈现近似线性增长趋势,幅度随时间变化分布密集,声发射信号连续发生,表明水泥混凝土的疲劳损伤过程是一个持续的损伤累计增长的过程;橡胶混凝土声发射信号的撞击总数随时间变化曲线分为中间阶段曲线平缓、幅度随时间变化分布松散3个阶段,疲劳损伤全过程呈现典型的裂纹引发、稳定扩展和失稳扩展3个阶段.由于在疲劳循环加载过程中橡胶的能量耗散特性以及良好的吸声性能,橡胶混凝土中声发射信号发生的强度和活度普遍低于同应力水平下的普通水泥混凝土,损伤演化速度缓慢,损伤程度降低,因此具有优异的疲劳性能.     

声发射检测技术在管道泄漏信号识别中的应用

对基于声发射技术的管道泄漏检测这一新方法进行了实验研究。从声发射技术的基本理论入手,分析了声发射技术的特点及检测原理,掌握了声发射信号的分析处理方法及源定位技术,然后进一步将声发射检测技术应用于输油管道的泄漏检测,建立了管道泄漏声发射检测模型,并建立了两种泄漏定位模型。对整个检测系统进行了设计,并进行了管道泄漏声发射实验,对管道泄漏声发射信号的特征进行了分析和提取,为进一步的实验研究及现场应用打下基础。     

基于声发射监测的316LN不锈钢的疲劳损伤评价

疲劳裂纹的萌生与扩展容易导致压力容器及管道的严重疲劳失效.因此就设备的安全可靠性而言,非常有必要对疲劳裂纹扩展过程进行监测,并对疲劳损伤程度进行评估.本文针对316LN不锈钢材料进行疲劳实验研究,利用直流电位法测量实验中的裂纹长度,得到了材料的疲劳裂纹扩展曲线.利用声发射技术对疲劳裂纹扩展过程进行监测,通过声发射多参数分析对疲劳损伤状态进行评价,同时建立了声发射参数与线弹性断裂力学参数之间的关系,并进行寿命预测.研究表明:声发射能够对316LN不锈钢的疲劳裂纹损伤进行有效评估,声发射累积参数如累积计数、累积能量和累积幅值曲线上的转折点标志着疲劳裂纹进入快速扩展阶段,这可以为工程人员提供失效预警;声发射波形和频谱分析表明,噪声信号的幅值较小且信号持续时间较长,信号包含的频率成分比较复杂,而裂纹扩展信号是突发型信号,衰减较快,信号频率主要集中在80～170 kHz范围内;声发射计数率、能量率和幅值率与应力强度因子幅度以及疲劳裂纹扩展速率之间呈线性关系,裂纹长度预测结果与实测值接近.本研究工作对于工程结构的疲劳失效预警和剩余寿命预测具有重要意义.     

大型常压储罐底板的声发射在线检测

基于大型常压立式金属储罐底板在线声发射检测及定位的原理,针对声发射检测过程中因声源性质不明确导致的罐底完整性评价结果不准确的问题,采用小波分析方法对罐底声发射信号进行了分解．通过提取声发射信号在不同小波分解频带上的特征频谱系数,与声发射波形参数共同作为BP神经网络学习样本集的特征向量,对神经网络的模式识别性能进行了优化．采用该神经网络对罐底裂纹、腐蚀、泄漏、机械噪声和电磁噪声等不同性质的声发射源进行判别时,其正确识别率均在90％以上,使基于声发射在线检测技术的储罐底板结构完整性评价技术更趋于完善和实用化．     

锂渣再生混凝土声发射特性与损伤模型

为研究锂渣再生混凝土的动态损伤特性,基于声发射技术,对掺有不同再生粗骨料和锂渣的混凝土进行了单轴抗压试验。依据试验中获取的力学特征曲线、声发射能量数、声发射累计事件数等参数,建立混凝土的损伤演化模型,揭示损伤材料与声发射参数之间的关系。研究结果表明:再生粗骨料和锂渣作为混凝土集料是可行的,当再生粗骨料取代率为30%时,其力学性能及声发射效果较好。锂渣水化产生的胶凝物质能够有效地密实混凝土内部的孔隙结构,但锂渣掺量大于20%时,其自身的缺陷导致优势减弱。依据声发射累计事件数与应力的关系,推导出损伤演化模型,能较好地反映材料在单轴受压过程中的损伤演变规律。