铺面材料性能诊断与评价中的声发射技术

为充分运用声发射测试技术,实时动态感知铺面结构层内部的损伤信息,全面揭示其变形破坏全过程的演化机制,从声发射源定位、声发射信号处理、参数分析、铺面材料声发射技术应用等方面,系统地回顾与梳理了声发射技术的关键要点、研究进程与发展前景.声发射源定位方面,归纳了传统迭代算法、线性方程、智能模型的原理及优劣;声发射信号处理方面,介绍了小波变换、HHT等巩固信号波形特征与降低噪声干扰的方法;声发射参数分析方面,阐明了反映声发射过程的参数类型和非线性特征及参量耦合作用下损伤本构方程;铺面材料声发射特性的研究,分别凝练了混凝土和沥青混合料在不同受力条件、环境作用、材料组成等影响因素下声发射阶段性的变化规律和特征行为.实践表明:声发射技术能够补充和完善现有路面损坏检测技术,且能有效实现铺面材料内部损伤实时监测与诊断及其性能的定量与定性评价.     

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.     

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.     

混凝土声发射信号频率特征与强度参数的相关性试验研究

对不同强度指标的混凝土试块进行抗压试验,应用声发射及其定位技术对抗压试验全过程进行同步监测,分析混凝土受载破坏过程中声发射频率特征参数与混凝土强度指标的关系,研究混凝土受载破坏过程中内部裂纹的三维空间演化规律。研究结果表明:混凝土强度指标影响混凝土声发射信号频率特征参数。结合荷载-位移曲线对声发射振铃计数率和能率进行分析,发现C10和C20混凝土(低强度混凝土)声发射信号主要集中于弹性阶段初期和中期;C30和C40混凝土(中等强度混凝土)声发射信号处于受压全过程,声发射活跃期处于极限荷载处。通过对混凝土声发射事件进行空间三维定位,从微观上探明受载混凝土裂纹的萌生、发展和贯通的演化规律,对受载混凝土内部结构的变化有了直观的认识。     

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。     

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.     

小波尺度谱在AE信号特征提取中的应用

通过分析典型声发射信号及其特征提取,将小波尺度谱引入到声发射故障诊断领域,首次提出了声发射信号的小波尺度谱分析法。给出了小波基函数及其参数的选取,克服了声发射信号小波尺度谱的时、频分辨率不能同时达到最好的缺陷。将小波尺度谱用于声发射检测的滚动轴承损伤类型及部件的识别,诊断结果十分直观、清晰、准确。仿真分析和实验研究均表明小波尺度谱能有效应用于基于声发射技术的状态监测与故障诊断。     

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。     

集料性状对高强混凝土断裂和声发射特性的影响

计算不同粗集料粒径、不同集料体积率和不同种类粗集料混凝土断裂能和断裂韧性；测试混凝土断裂时的声发射事件数；分析了集料性状对混凝土断裂性能的影响以及声发射事件数和断裂性能的关系。     

水泥基材料损伤自诊断机理声发射研究

采用声发射与电阻技术对碳纤维混水泥基材料土在单轴受压和三点弯曲负荷下内部损伤进行了监测 .研究表明 ,在三点弯曲负荷下 ,碳纤维混凝土的荷载 -挠度曲线与试件的电阻和声发射事件数存在良好的对应关系 .对于碳纤维水泥基复合材料 ,其导电率主要依赖分散于水泥基体中相互搭接的碳纤维的渗流网络 .材料内部的损伤引起相互搭接的渗流网络破坏 ,而致使材料电阻增大 .因此 ,在整个加载过程中 ,体系的电阻反映了材料内部的损伤 .另一方面 ,通过声发射信号的分析 ,可以鉴定材料内部损伤的机理 .     

基于声发射的岩石疲劳损伤演化

通过砂岩试件疲劳破坏的声发射实验,分析了砂岩疲劳破坏过程的声发射特性,研究了岩石的疲劳损伤演化规律.按岩石整个疲劳过程的声发射特征及损伤演化规律,并参考岩石不可逆变形发展的三阶段规律可以将其分为四个阶段.岩石疲劳损伤破坏具有突发性,在岩石失稳阶段损伤加速演化.如果以声发射监测和预测岩石疲劳破坏,在损伤量0.4左右即进入失稳阶段,在损伤量0.3左右即进入失效阶段.     

普通混凝土和橡胶混凝土弯曲损伤过程的声发射研究

研究了不同强度的普通混凝土及橡胶混凝土在静态弯曲加载条件下的抗弯性能及其破坏过程的声发射性能.力学性能测试结果表明,橡胶混凝土的抗折强度高于同等抗压强度的普通混凝土.采用声发射系统对加载全程进行了信号采集.结果表明,随着普通混凝土强度的提高,弯曲过程中的声发射信号的活度减小,而信号的强度增大.橡胶混凝土的声发射信号的活度和强度均小于普通混凝土.对声发射信号的强度和活度的分析表明,在相同加载条件下,橡胶混凝土的损伤程度比相同抗压强度的普通混凝土小,这与两种混凝土反映出的宏观性能的差异是一致的.应用声发射信号定位研究了混凝土的损伤区域,定位分析结果与实际观察结果一致.     

地震作用下大体积混凝土结构损伤发展估计

建议了一种地震荷载作用下混凝土结构损伤发展估计的思路和方法,通过混凝土结构在循环荷载作用下损伤演化特点的分析,推导出一种考虑组合效应的损伤演化方程.该方程反映了混凝土材料在复杂荷载作用下的多轴效应,形式简单便于数值实现.对实际工程动力损伤分析的结果表明,损伤理论更适用于混凝土结构的力学性能分析.     

含瓦斯煤破裂过程声发射时空演化规律

 利用MTS815岩石力学试验系统和气体渗透试验系统,开展了不同瓦斯压力下含瓦斯原煤煤样的3轴压缩声发射试验,研究了含瓦斯煤破裂过程中声发射时空演化规律。试验结果表明,煤样内的声发射定位点随载荷增加逐渐密集且主要分布在主裂纹面附近;随着载荷增加,单位载荷区间的声发射振铃数经历了初期的沉寂期、中期的低水平稳定期、峰值前的快速发展期和峰后的高水平稳定期,与煤样累计声发射振铃数变化特征类似;瓦斯压力增加增强了损伤前煤样的声发射活动,减小了煤样的初始损伤应力,促进了煤样的损伤发展。     

基于OPCM声发射传感器的新的SHM技术

提出将地震工程中反射地震法与新型正交异性压电复合材料OPCM声发射（AE）传感技术相结合，应用到土木工程结构健康监测SHM系统中．用细观力学方法分析OPCMAE传感元件的正交异性特征，此特征克服了传统的单一压电陶瓷（PZT）换能器在监测过程中无法避免的土木工程结构构件侧面反射信号干扰的难题，采用椭圆损伤定位法确定损伤位置，使反射地震法与AE传感技术应用于SHM系统成为可能．设计了性能对比实验，在混凝土试件表面分别布置PZT元件和OPCM元件，验证了新的SHM技术应用于混凝土SHM系统的可行性以及OPCM元件避免侧面反射信号干扰的能力。     

某型飞机水平尾翼疲劳试验的声发射实时监测

介绍了某型飞机水平尾翼功能试验过程中关键部件(包括不可接近部件)疲劳损伤的声发射(AE)实时监测技术.在强冲击、高振动背景噪声下,基于对模拟声发射源和背景噪声信号特征的分析,对采集数据进行了预处理,提高了数据的信噪比.对预处理后的AE信号特征参数进行趋势分析,结果表明,在长时间的疲劳试验过程中,由于试验环境的变化,背景噪声也发生相应的变化,AE信号特征参数的变化趋势能正确反映背景噪声变化的随机性和非稳态性.以半轴为例,AE信号特征参数(Hits)的趋势变化反映出半轴的疲劳损伤历程;通过AE信号的波形分析,基本确定了半轴初始疲劳损伤的形成时间和两对称的疲劳损伤源.     

基于损伤力学的混凝土疲劳损伤模型

为了研究混凝土在疲劳荷载作用下力学性能不断劣化过程,从连续介质损伤力学的基本理论出发,根据混凝土的材料性能选定合理的耗散势函数,用残余应变来定义混凝土的损伤量,得到关于残余应变的损伤变量表达式;分析混凝土疲劳损伤的发展规律,选用合适的混凝土微塑性应变方程,推导混凝土在疲劳荷载下的损伤发展率,得到混凝土损伤变量与疲劳次数的关系,从而建立混凝土疲劳损伤模型;利用疲劳实验数据验证模型形式的正确性,并确定模型的参数;由此建立耦合损伤变量的混凝土本构关系模型,可用于疲劳荷载作用下混凝土的有限元分析.