混凝土材料在单轴拉伸时的声发射机理探讨

在实验基础上，根据断裂力学理论对混凝土材料在单向拉伸状态下不同变形阶段的声发射机理进行了探讨，所得结论与实验相吻合，从而为声发射技术在混凝土材料的稳定性评价及损伤预防方面的应用提供了理论依据。     

混凝土材料声发射技术研究

总结了混凝土材料声发射技术研究的历史及现状,对混凝土材料声发射机理、声发射参数与力学参数间的关系、声发射在断裂力学中的应用、混凝土材料的凯塞效应以及新的理论与方法在声发射领域的应用等问题进行了评价与展望.     

纤维混凝土试件拉伸损伤声发射监测

研究不同纤维长度和掺量的水泥基复合材料拉伸实验,材料内部微结构破坏的声发射特性。结果表明,加载初期,拉应力较小,试件处于弹性阶段,混凝土内部没有新增损伤,故未接收到声发射信号;加载中期,随着拉应力的增大,混凝土内部出现较少损伤,声发射信号逐渐增多;加载后期,拉应力继续增大,混凝土内部损伤程度加大,声发射信号急剧增加,至试件断裂时,声发射信号达到最大。相应的纤维混凝土断裂过程包括:弹性阶段、开裂阶段、裂缝发展阶段、断裂阶段。     

声发射技术在混凝土行为性能研究中的进展

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。     

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。     

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。     

声发射层析成像技术在混凝土结构中的应用

针对传统声发射源定位算法(如时差定位)应用于各向异性介质的局限性,将声发射层析成像方法(AE tomography)引入混凝土结构损伤定位,该算法以声发射事件作为点源,结合源定位算法和层析成像算法,通过波速变化重建物体结构缺陷(损伤)的慢度图,既适合于各向同性材料,也适合于各向异性材料.为了验证提出算法的可行性,制作了有和无钢筋2个不同结构的混凝土样本并通过了实验.实验结果表明所提出的方法不仅能通过声发射波速度变化实现损伤定位的可视化,而且相对于传统定位算法,混凝土样本结构缺陷(损伤)的定位精度也获得了进一步提高.     

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。     

基于核密度估计方法的涤棉混纺纱拉伸断裂声发射信号分析

为了研究涤棉混纺纱拉伸断裂过程中各组分纤维的断裂情况,自主搭建了声发射信号采集装置,分别采集纯涤纶、纯棉和涤棉混纺环锭纱的拉伸断裂声发射信号,采用HHT和ICA分析方法将声发射信号的时域信号转换成频域信号,并提取特征量频率与幅值。基于核密度估计方法对涤棉混纺纱的拉伸过程中涤纶与棉纤维的声发射信号进行分析。结果表明:涤棉混纺纱拉伸过程中其组分纤维的声发射信号可以用特征频谱表征;在拉伸过程的每一个阶段,各种材料声发射特征频谱的不同可以由特征频率的核密度估计表达,并可推测其组分纤维的断裂次序。     

金属切削过程声发射机理

研究了金属切削过程的声发射机理，建立了正交切削条件下的金属切削过程声发射理论模型，即声发射信号能量与切削参数的关系模型，通过车削加工过程声发射检测实验，证实了模型的正确性。     

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.     

混凝土声发射现象的协同效应及混沌效应

利用协同学对混凝土损伤过程的声发射现象进行了研究,以绝热消去原理为基础建立了以声发射事件为序参量的演化方程,并对方程的解进行分析。分析了声发射事件的混沌效应,指出混沌可以使绝热消去原理失效。应用RFPA软件进行的数值试验表明,混凝土声发射事件呈现出涨落式上升-突变-涨落式衰减的模式,声发射源则呈现出随机分布-聚集的模式,数值试验结果验证了混凝土声发射的协同演化机理。     

工程石墨声发射行为及其与结构性能的相关性

通过对多种工程石墨材料声发射行为的系统研究，探讨了石墨材料声发射行为的特征，发现并提出了石墨材料声射数随载指数增加以及声发射振幅服从指数分布的规律，并从其微观结构的角度对发射进行作了解释，在此基础上，对石墨声发射行为与结构性能的相关性首次进行了较为系统的定量分析研究。结果表明，石墨的声发射行为与晶粒尺寸，抗折强度，非线性程度等有着显著的相关性，因此，对在石墨材料生产检测中应用声发射技术具有一定的指     

不同初始孔隙率混凝土的声发射试验及损伤分形特征分析

为探索混凝土声发射信号特征参数与其损伤的演化关系,对单轴多级循环加载条件下的不同初始孔隙率混凝土试件进行了声发射试验.引入活跃系数对声发射现象发生的活跃程度进行表述,提出基于声发射能量评价混凝土服役状态的方法,分形理论分析了混凝土破坏过程中声发射能量分形维数（关联维数）的演化特征.结果表明:不同初始孔隙率混凝土试块声发射能量和声发射能量关联维数随加载进程的变化趋势基本相同,失稳破坏的临界位置相当.在混凝土破坏过程中,当声发射能量峰值下降后再次激增、能量均值超过100 m V· ms且活跃系数在20~70范围内连续放缓的现象出现时,预示混凝土材料的破坏.声发射能量关联维数随加载进程下降表明出现损伤,持续下降后并呈水平趋势,标志混凝土结构临近极限承载力.      

声发射

声发射是六十年代发展起来的一门新技术,多用于无损探伤方面。在应力作用下金属器件中的裂纹发展时一般都伴随着发射声信号。因之,器件的毁坏可通过测定声发射数而预先测知。声发射技术能比较精确地确定裂纹开始活动的瞬间。对于具有滞后破坏特性的材料,声发射可预先测出低应力下可能出现的破坏事故。声发射技术可与断裂学的结论互相印证。沈阳金属研究所几年来在科研工作中坚持毛主席的无产阶级革命路线,在较短时间内建成了一套材料单向拉伸条件下的声频发射系统,做出了金属材料在拉伸过程中声发射的定性结果。随后又建成了一套80千周声发射装置,建立了应用这项技术为生产服务的初步基础。沈阳金属研究所的声频声发射系统如系统方框图所示。探头由锆钛酸铅压电晶体制成,     

混凝土材料声发射过程及其自相似性的研究

将对材料声发射的研究同对力学过程的研究、材料断裂损伤等破坏过程的研究相结合,提出了声发射过程的概念。在此基础上,进一步给出了定量考察声发射过程自相似性的自相似特征函数。测试结果分析表明,混凝土试块在单轴压缩过程中,声发射过程的自相似程度随着应力状态的变化而变化。     

弯曲应力状态的磁声发射效应

研究了铁磁材料弯曲应力状态下表面产生的应力对磁声发射强度的影响。它比单纯拉伸和压缩应力状态的影响要复杂；通过波形分析发现压应力和拉应力使磁声发现波形的相关函数下降，并且有相似变化规律；通过加载和卸载过程中所得到磁声发射强度的变化规律，可用以评估材料中微观损伤及残余应力。     

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.     

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。     

混凝土随机损伤本构关系研究新进展

提出了一类混凝土细观损伤物理模型，用于解释高性能混凝土在本构层次上的细观损伤演化特征，建立了混凝土单轴受拉，单轴受压与双轴拉压组合条件下的随机损伤本构关系模型。利用混凝土单轴受拉破坏全过程的声发射实验数据，引入随机建模理论，确立了细观损伤单元的极限破坏应变随机场分布参数，通过与一批高性能混凝土本构关系试验数据相比较，初步证实了采用随机损伤本构关系反映混凝土受力破坏机理的可行性。