变幅循环荷载下混凝土轴拉声发射特性试验

采用声发射技术对混凝土试件在变幅循环轴拉荷载作用下的损伤破坏过程所伴生的声发射信号进行采集，分析混凝土的凯塞效应及典型声发射特性。结果表明:声发射凯塞效应和费利希蒂效应过渡的加载阶段约有62％极限应力，此临界点可作为混凝土轴拉裂缝发展稳定与否的标志；声发射振铃数、声发射ASL平均值和声发射幅度均呈现出随着加载阶段的延续而增加的趋势。相关结果可以作为预测混凝土结构安全和损伤程度的依据。     

木基复合材料破坏过程中声发射特性的研究

利用声发射监测系统获取了胶合板和贴面刨花板两种木基复合材料三点弯曲加载状态下断裂损伤的声发射信号。利用累计能量和振铃总计数两项声发射信号特征参量分析了胶合板和贴面刨花板损伤破坏过程及其特点;利用幅值和有效电压（RMS）研究了随挠度增大胶合板和贴面刨花板内部裂纹产生、扩展、宏观裂纹形成至断裂的过程。结果表明:声发射信号的幅值、有效电压、累计能量、振铃总计数等参量可以有效表征木基复合材料内部损伤演化过程;贴面刨花板的断裂损伤发生早于胶合板,且贴面刨花板的损伤演化过程分为线弹性阶段和断裂韧性阶段,胶合板分为线弹性阶段、非线性变形阶段和断裂韧性阶段。     

基于声发射技术的混凝土梁桥弯剪受力状态下损伤试验

为实现使用声发射参数定量评估混凝土梁的损伤,开展了试件和构件层次的混凝土梁剪切试验研究。采用声发射技术对混凝土梁的损伤过程进行动态监测,总结基于声发射理论的混凝土损伤评估方法,并提出一种改进的损伤模型,采用三次多项式模型建立声发射参数与应力水平之间的定量关系,从而推导出混凝土梁的损伤演化方程,并计算出试件与构件对应于3种损伤模型的基于声发射技术的钢筋混凝土梁承载能力评估的损伤量。然后,通过与已有损伤模型的计算比较,验证损伤演化方程对混凝土梁损伤进行量化评价的有效性和准确性。试验结果表明:累计声发射数分三阶段变化,线性发展阶段的声发射信号较为活跃,相对应力水平位于0%～40%,其与材料本身含有较多微裂隙有关;而稳定增长阶段对应的累计声发射事件数与撞击数稳步增长,此时混凝土内部微裂纹稳定且缓慢发展,相对应力水平为40%～80%;在失稳阶段累计声发射数剧烈增加,其相对应力水平超过80%,试件内部裂缝达到失稳扩展状态。累计声发射事件曲线较好地描述了混凝土梁损伤发展变化的全过程,改进的损伤模型计算的损伤量在初始阶段发展较快,在中期趋于平缓,应力水平超过0.8以后损伤量发展迅速,直至试件破坏,能较好地反映混凝土梁损伤发展的三阶段变化规律。通过各损伤模型计算损伤度发现在相对应力水平较低时,试件或构件亦存在一定的损伤。     

单轴压缩声发射试验的页岩损伤演化规律

为获得受载页岩准确的损伤演化规律和声发射特征,完善以往受载岩石损伤单调增大的理论,进一步扩展对受载岩石内部损伤演化机理的认识,对陆相页岩进行单轴压缩声发射试验。试验结果表明:页岩单轴压缩过程分为4个阶段:压密阶段-弹性变形阶段-弹塑性变形阶段-峰后破坏阶段,压密阶段、弹性变形阶段和弹塑性变形前期有少量声发射信号,页岩峰值应力前后有大量声发射信号,特别是峰后破坏阶段,声发射信号急剧上升,声发射探头能够捕捉岩石的压密、裂纹的扩展和连通信息,声发射信号能够反映页岩内部微细观损伤演化过程;页岩平行层理面方向和垂直层理面方向的岩石损伤演化和声发射特征差别较大,因此对于层理性岩石不能忽略层理对岩石力学性质的影响;页岩压密阶段内部的微孔洞、微裂隙、宏观裂缝、层理被压实,损伤减小,页岩弹性模量不降反增,应力-应变曲线呈下凹型,首次提出受载岩石损伤先减小后增大,建立了更加合理的基于声发射特征的页岩单轴压缩损伤本构模型。     

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.     

单轴压缩作用下CFST柱的声发射特征

通过对不同配筋率和不同壁厚钢管混凝土(CFST)柱进行单轴压缩声发射试验,对比分析了各试件破坏全过程的声发射信号特征.试验结果表明:试件的整个破坏过程可分为弹性段、弹塑性段、强化段和失效段四个阶段,声发射特征参数变化与试件破坏过程表现出较好的对应关系.声发射累积能量和累积撞击数均随荷载的增加而稳步增加;b值经历了缓慢上升、平稳波动、迅速下降的变化,反映了试件内部裂纹的逐步扩展情况;通过对声发射RA值、AF值分析可知,钢管混凝土柱的破坏过程既产生拉伸型裂纹又产生剪切型裂纹,随着荷载的增大,破坏中剪切型裂纹所占比例逐渐增多.研究表明声发射技术可以有效监测轴压下钢管混凝土柱的损伤状态.     

基于声发射技术的单轴受压混凝土损伤细观研究

为了从细观角度了解不同强度等级,以及不同碳化龄期的混凝土的损伤演化特征,对强度等级分别为C20、C30、C40以及碳化龄期分别为0、28、56、77、90 d的混凝土棱柱体试件进行了单轴受压试验;并利用声发射(AE)技术对试验全过程进行了动态监测,获得了表征混凝土损伤演化过程的典型声发射事件累积计数(burst line cumulate,BLC)曲线;以及声发射事件数-相对应力水平关联曲线.结果显示:①BLC曲线的三个部分分别反映出材料损伤演化过程的三个阶段,曲线的两个转折点分别对应混凝土材料内部的起裂点和失稳点;②在低应力时,不同强度等级以及不同碳化龄期的混凝土试件的声发射特征没有明显区别;随着应力的增加,高强度等级和碳化龄期长的混凝土试件的声发射事件数增长较快,并且声发射活性急剧增加点明显前移.     

基于声发射参数的混凝土循环加卸载动态损伤破坏特性研究

对5种不同几何尺寸与不同配合比的混凝土试件进行了不同加载速率下的单轴压缩试验,同步进行了声发射(AE)数据的采集;在对比分析AE参数与应力应变关系的基础上,进行了不同加载速率下的混凝土损伤机理与破坏机制研究;通过分析不同加载速率下的应力应变全曲线,研究了循环加卸载中的损伤破坏特性的速率效应;构建了基于AE参数的损伤变量模型,并基于该模型进行了动态损伤特性分析.结果表明:混凝土的峰值应力与弹性模量随加载速率的提高而增大,表现出明显的规律性;但峰值应变随加载速率的变化而表现出较大的离散性.峰值应力前的AE能量随加载速率的提高而增加;加载速率越大,上升幅度越大,峰前释放的能量越大,混凝土内部破坏越严重,残余能量不足以维持试件继续承受更多的循环加卸载而直接进入破坏阶段;峰后可完成的循环加卸载次数随着加载速率的提高而减少.在不同加载速率下材料损伤破坏的路径不同,但损伤起点与破坏终点是重合的;随加载速度提高,损伤破坏的路径变短,加载速率差异越大,损伤破坏路径差异越大;混凝土在不同应力阶段的损伤程度及破坏形态与加载速率有较强的相关性.加载速率的提高改变了混凝土的能量释放过程与方式,形成了不同的损伤破坏机制,在不同加载速率下的损伤破坏机理存在较大差异.     

钢筋混凝土材料损伤的声发射信号处理

针对钢筋混凝土材料试件进行了加载破坏试验,采用小波变换对现场采集到的混凝土断裂过程中的声发射信号进行分析处理。试验结果表明用小波变换进行消噪处理,噪声消除效果显著,提高了声发射信号对结构健康监测的准确性,为实际监测钢筋混凝土材料的损伤提供了依据。     

混凝土硫酸盐腐蚀损伤的声波与声发射变化特征及机理

试验模拟干湿循环作用下混凝土受10%(质量分数)硫酸钠溶液侵蚀的腐蚀环境,测试和分析硫酸盐不同侵蚀时期混凝土单轴压缩试验时波速和声发射的变化特征。采用环境扫描电镜和能谱仪进行微观观测并结合X射线衍射测试手段分析受蚀混凝土的损伤机理。结果表明：受侵蚀60 d和80 d的试件加载初期会有较明显的压密阶段,试件受硫酸盐侵蚀和干湿循环作用愈久,加载中波速急剧下降的突变点愈提前;受蚀40 d以上的试件加载中声发射事件活跃区间较集中,在腐蚀产生的缺陷和薄弱位置容易出现应力集中和能量集中释放,声发射事件数量急剧上升的突变点提前。通过数学模型以声发射累积振铃计数为损伤变量建立损伤模型可以表征混凝土中环境腐蚀、荷载及损伤之间的作用关系。腐蚀阶段钙矾石与石膏的膨胀作用和硫酸钠的结晶压在试件内部形成微破损,受蚀混凝土表现出不同宏观性能。     

基于AE对预应力钢筋砼梁损伤试验分析

为了探究预应力钢筋混凝土梁损伤与其声发射信号之间的关系,利用声发射技术对预应力钢筋混凝土梁损伤过程进行监测。通过三点弯曲试验,采集到预应力钢筋混凝土梁损伤的实时声发射信号数据。分析不同荷载下声发射信号幅值与上升时间的参数分布图,并对比加载过程试件梁的裂缝变化,发现不同信号幅值分布与混凝土梁的损伤类型具有很好的相关性,可以演化试件梁的损伤过程,其中高幅值信号的集聚意味着宏观裂缝的出现。此外,通过ISA信号强度准则的计算,对预应力钢筋砼梁损伤程度做出了定性评价。     

用声发射技术监测16Mn钢的应力腐蚀开裂

本文采用声发射技术对低合金高强度钢16Mn的紧凑拉伸试样在3.5％NaCl水溶液中,模拟海水的腐蚀环境,用慢应变速率拉伸的方法,观察与记录了在变形至断裂过程中的声发射参数和裂纹扩展速率,测出了应力强度因子与裂纹扩展速率的定量关系。此外,还对在空气中断裂与在3.5％NaCl水溶液中试验的断裂形貌进行了扫描电镜分析。     

梯度加载下岩爆试验的声发射特性

为了研究岩爆过程中声发射特性参数与岩爆破坏的关系,通过自主研发的岩爆模型试验装置,对大尺寸(1 000mm×600mm×400mm)试件进行岩爆模型试验。采用声发射监测装置,获取了不同加载梯度下岩爆模型试验过程中的声发射监测数据。结果表明:梯度加载过程中,试件的声发射事件数及能量在不同加载时刻有所不同,表现为极大的梯度变化;加载初期,声发射信号极少,岩爆瞬间突变增大,试件集聚的能量越大,更易发生瞬间强烈的岩爆现象;声发射定位点能够反映试件内部裂纹的动态演化过程,梯度加载过程中,声发射定位点的分布及数量能够直观展现岩爆破坏的程度。     

煤样巴西劈裂试验声发射能量幂律分布规律

为了研究煤拉伸破坏过程中声发射能量分布规律,以及采用平均场理论的纤维束模型在煤拉伸破坏过程中声发射特征数值模拟的适用性,对原煤进行不同加载速率下的巴西劈裂试验.结果表明,煤样抗拉试验中声发射能量概率密度分布符合幂律分布,其幂律分布指数与平均场理论模型的预测分布指数相近;不同时间区间的声发射能量概率密度分布也满足幂律分布;试验结果与采用平均场理论纤维束模型数值模拟结果相符,为纤维束模型参数确定提供了依据.     

钢筋混凝土梁弯曲破坏时声发射信号能量特征及其辅助定位

为了得到钢筋混凝土梁在弯曲破坏时声发射能量特征,对钢筋混凝土梁进行了弯曲破坏实验,捕捉实时能量特征。加载方式分为直接加载至破坏和分段加载至破坏两种方式。通过分析捕获的实时声发射信号能量信息以及整个加载阶段钢筋混凝土梁的能量释放特征,对钢筋混凝土梁的损伤断裂进行了预示。加载之前进行了断铅实验,进行了能量辅助定位,并获得了较好的精度。     

单轴压缩条件下消落带岩体应变及声发射特性研究*

为掌握消落带岩体在加载过程中其应力-应变和声发射特性,分析其变形破坏过程中各阶段的阈值,在单轴压缩、有CT断面扫描的辅助条件下,运用MST岩石力学试验系统和PAC声发射信号采集处理系统,对消落带3个高程岩体进行试验测试。获得了岩石轴向应力与轴向应变、横向应变和体应变之间的关系特征曲线,以及加载过程中压密、启裂、损伤(破坏)各阶段的声发射信号数量、能量(振幅)等特征。两方法均可得到试件启裂、损伤阈值和峰值强度,但结果有一定差异性。通过两方法联合分析,可预判其岩体启裂强度和损伤强度分别为峰值强度的0.4倍左右和0.8倍左右。试验间接反映出消落带岩体改造强烈程度中部区域大于顶部和底部区域,与实际情况较一致。     

围岩与早期强度阶段充填体耦合作用的模拟试验研究

选用全精炼工业石蜡和以石蜡为胶结剂的尾砂石蜡拌合料作为两种充填体模拟材料,通过轴向加载测试并借助超声波检测仪、声发射信号分析仪、裂纹扩展显微成像设备等,对处于早期强度阶段的充填体与围岩的耦合作用机理进行试验研究。结果表明,石蜡和尾砂石蜡这两种材料的力学变形特征与矿山所用充填体早龄期的力学性能相似,用其模拟处于早期强度阶段的胶结充填体是合理和可行的;在加载过程中,围岩/充填体复合试样的破坏裂纹主要沿着围岩与充填体接触面扩展;试样内超声波声速值衰减幅度越大的区域,其内部损伤破坏越严重;试样加载过程中的声发射点分布情况进一步验证了损伤破坏在充填体与围岩接触带区域发生较多,这与裂纹扩展情况相符。     

基于声发射技术的FRP约束混凝土圆柱抗压试验

为研究纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土圆柱的损伤机理,进行4组FRP约束混凝土圆柱和2组无约束混凝土圆柱共18个试件的轴压试验,借助声发射技术探测试件加载全过程的损伤信号.结果表明:无约束混凝土试件破坏属于脆性破坏,而受约束混凝土试件破坏属于延性破坏.根据FRP约束混凝土圆柱的受力特点和破坏过程将其分为主动承载阶段和被动承载阶段.在此基础上,提出计算该类构件极限强度的修正公式.该公式物理意义明确,而且具有较高的计算精度.