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。     

热处理方式对残余磁场强度的影响

为了解不同热处理方式下铁磁材料的残余磁场强度变化规律，分别在弹性和塑性变形阶段对其进行了单轴拉伸试验。结果表明，在弹性阶段。随着拉伸载荷的增加。残余磁场强度和标准差都是减小的。在同一拉伸载荷作用下，调质热处理试样的残余磁场强度最大。退火试样次之，无热处理试样的最小；在鞭性变形的初始阶段，试样表面的残余磁场强度没有规律町循。当颦性变形较大时，试样表面各点处的残余磁场强度幅值波动很小，其均值和标准差几乎不再变化。可以根据铁磁材料残余磁场强度和标准雉的变化情况判断其是否承受过冲击载荷或大载荷，是否发生了塑性变形。     

TiAl基合金双态组织原位拉伸-卸载试验研究

通过对TiAl基合金不同类型的缺口试样进行原位拉伸-卸载实验及其SEM断裂表面观察,研究了TiAl基合金的断裂机理.研究发现,对于缺口试样,裂纹起裂于缺口根部,其断裂过程主要是主裂纹首先起裂、扩展并最后断裂.对于双态组织,由于晶粒尺寸小,应力集中出现在缺口根部,裂纹沿晶粒边界和层间起裂并扩展,裂纹路径比较平直.在拉伸过程中,试样产生微裂纹导致材料发生损伤,随后卸载再加载时,与先前相比,裂纹更易扩展.预损伤加快了裂纹的产生和扩展,使损伤进一步加重,促使材料抵抗裂纹产生、扩展的能力下降.     

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。     

风电叶片复合材料层间开裂声发射监测

通过对含Ⅰ型分层缺陷的单向和多轴向风电叶片复合材料试件进行拉伸力学性能实验,同时进行声发射全程监测,研究了含Ⅰ型分层复合材料在拉伸过程的损伤演化特性及声发射响应特征.实验结果表明:风电叶片复合材料Ⅰ型分层加载初始阶段载荷与张开位移之间呈现线性特征,当出现宏观裂纹扩展时两者呈现非线性关系.声发射监测数据显示,声发射信号的幅度、撞击累积数、相对能量等特征参量的动态变化可以反映出复合材料Ⅰ型分层损伤破坏过程.风电叶片复合材料声发射检测中可以依据信号的特征参量变化判断复合材料结构的损伤破坏程度.     

低碳钢疲劳损伤声发射检测的概率熵研究

研究利用声发射技术对低碳钢的疲劳损伤进行检测和评估。首先,基于声发射技术对材料微损伤事件的高敏感性,针对经不同次数动态循环加载后的低碳钢试样,通过采集静载下的声发射信号检测材料的疲劳损伤状态;其次,针对所采集的海量声发射信号,按其幅值大小进行统计分析,构建一个能够表征损伤能量尺度特征和时间序列特征的二维矩阵,进而通过对该矩阵的分析研究低碳钢在不同次数循环加载下的损伤演化特征;最后,通过计算声发射信号按幅值统计后的概率熵描述材料疲劳后的损伤演化特征。通过试验并辅以对材料断面的扫描电镜观测,获得的结果为低碳钢在不同疲劳载荷后的损伤概率熵曲线具有差异性,这提示基于声发射检测的损伤概率熵有望成为表征材料疲劳损伤状态的有效参量。     

全层状TiAl基合金断裂过程的进一步研究

通过对层状TiAl基合金进行拉伸卸载试验及拉伸试验，同时通过断口分析，研究了全层状TiAl基合金平板拉伸试验的断裂过程．结合宏观试验结果与断口分析发现，随着预损伤程度的增加，裂纹面密度增大；平板拉伸直接断裂试样的断裂过程与拉伸一卸载后拉断试样的断裂过程一致，单位面积断裂功基本不变．这说明预损伤并不影响这种材料的断裂过程和最终的断裂性能．     

自安装井口平台外输海底管道疲劳拉伸磁记忆性能研究

为研究自安装井口平台外输海底管道在地磁激励下疲劳拉伸过程中X80钢表面磁场信号变化规律，使用MTS810 250疲劳拉伸试验机对X80钢的拉伸试样进行了不同载荷下的疲劳拉伸试验。实验过程中借助磁记忆传感器对拉伸试样表面的磁记忆信号变化进行监测，借助手持显微镜观察疲劳过程中试样疲劳破坏情况，借助扫描电镜对断裂后的断口进行分析。结果表明：磁记忆对拉伸疲劳损伤敏感，并归纳提出了以切向信号极值、切向梯度信号极值的连线斜率为特征值的X80钢拉伸疲劳损伤敏感的磁记忆检测参数体系，为磁记忆检测方法的现场应用奠定了基础。     

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.     

动载荷作用下铁磁性试件的磁记忆效应

研究地磁场环境中钢试件在动拉伸载荷作用下表面弱磁信号的变化以及磁记忆效应.分别进行弹性范围的等幅循环正弦加载和幅值递增至强度极限的正弦加载,对试件表面弱磁场法向分量与正弦加载的循环次数、幅值之间的关系进行了分析.结果表明,弹性加载中低频载荷的循环次数对磁信号增长的影响不明显,而幅值递增加载过程中,当幅值增大至塑性加载范围时,磁信号的变化趋势与弹性加载时相反,且信号绝对值显著增加,最终磁信号的分布在发生颈缩处出现梯度很大的过零.     

弱磁场激励下基于阵列磁传感器的缺陷检测方法

研究在弱磁场激励条件下,铁磁性材料试件16MnR在动载荷拉伸实验中的损伤检测问题。 基于巨磁阻芯片设计了新型阵列磁传感器,搭建了铁磁构件磁信号检测系统;对不同载荷循环阶段的试件表面磁信号进行了拾取,并利用小波变换有效地抑制了噪声干扰。 最后,对降噪后的磁信号进行C扫描成像,实现了弱磁场激励下试件损伤发展过程的磁信号成像显示。 该结果可为铁磁性试件疲劳损伤的在位检测提供一种新型检测方法。      

基于统一相场理论和内聚力模型的钢纤维混凝土界面过渡区力学性能研究

为探究数值模拟中界面过渡区不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其损伤、破坏过程的影响，基于统一相场理论和内聚力模型，针对含单根钢纤维的混凝土拉伸试验，采用2种方法建立钢纤维混凝土界面过渡区的数值计算模型，对比分析不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其破坏形态的影响，并考察不同因素对含单根钢纤维的混凝土极限抗拉强度的影响。结果表明，对混凝土基体部分采用相场断裂模型、界面过渡区采用内聚力模型，无论是计算结果还是细观破坏形态，都具有较好的准确性和可靠性；初始裂缝位置取30 mm和35 mm的钢纤维混凝土抗拉强度比取25 mm时分别提高30.8%和75.7%,钢纤维埋置角度为15°,30°和45°时的钢纤维混凝土抗拉强度比0°时分别降低12.2%,30.8%和48.9%,钢纤维增强作用受初始裂缝位置及钢纤维埋置角度影响较大，受钢纤维直径影响相对较小。采用统一相场理论可降低分析的难度、保证较高的计算精度，为研究钢纤维混凝土的损伤、断裂过程提供了理论参考。     

Fe-C合金动态拉伸力学性能温度和应变率效应分子动力学

爆炸冲击荷载作用下温度和应变率对钢材动态力学性能的影响一直备受关注。Fe-C合金体系是钢材的基本组成部分,本文以Fe-C合金为基本研究对象,采用分子动力学方法模拟九种温度和四种应变率条件下Fe-C合金的单轴动态拉伸过程。结果表明：在所研究的温度和应变率范围内,Fe-C合金弹性模量对于应变率变化不敏感,对于温度变化非常敏感,随着温度的升高,弹性模量明显减小;相同温度条件下,屈服强度和峰值应变随应变率的增大而增大;相同应变率条件下,屈服强度和峰值应变随温度的升高而减小;温度和应变率对屈服强度的影响不具有相关性。基于分子动力学模拟,建立的纳米尺度下Fe-C合金动态拉伸力学性能计算公式能反映温度和应变率效应的共同影响,为钢材在爆炸冲击作用下动态拉伸力学性能描述提供依据。     

圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁受弯性能研究

为研究圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁的受弯性能,设计制作了4根试验梁,并对其进行受弯加载试验。研究表明:圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁的受力过程可划分为弹性工作阶段、弹塑性工作阶段及破坏阶段;试验梁在加载过程中没有过早开裂,并且试件在屈服后依然有着较高的安全储备;试验梁破坏时的挠度值均在14 mm以上,远大于规范规定限值,表现出了良好的变形性能;基于试验结果,利用ABAQUS软件对试件进行非线性有限元分析,结果显示,两者吻合较好,进一步拓展分析可知:型钢及混凝土强度对试件初始阶段的弹性刚度影响不大,随着型钢或混凝土强度的增加,试件承载能力会逐渐上升,而其延性系数则会逐渐下降。     

渗硼对钢材机械性能的影响

本文研究了固体渗硼对钢材(20CrMo,45,T8及 GCr15)机械性能的影响。渗硼后得到Fe_2B或 FeB Fe_2B渗硼层。本研究进行了渗硼试样的拉伸、多次冲击以及旋转弯曲疲劳试验,并与未渗硼试样进行比较。其结果为:(1)对于低碳合金钢(20CrNiMo、20CrMo),渗碳对拉伸强度及多次冲击抗力的影响很小,韧性有所下降;渗硼后进行淬火及低温回火处理,使强度及韧性均下降。(2)对中碳结构钢(45),渗硼对拉伸强度及多冲抗力影响也很小,韧性也有所下降。渗硼后经淬火高温回火,刚拉伸强度有所增加,塑性稍有下降。若渗硼后再经淬火及低温回火,拉伸强度及塑性均有显著降低。45钢渗硼后,疲劳强度提高,单相时提高更多。(3)对于高碳工具钢T8及滚动轴承钢GCr15,渗硼后拉伸强度及塑性均下降,后者下降幅度更大;多冲抗力也有所下降。     

早龄期持续拉力对混凝土性能的影响

为研究早龄期持续拉力对混凝土后期力学性能的影响,设计了7个系列共77个混凝土试件,探讨早龄期持荷轴拉比、持荷时间、混凝土强度等3个因素对混凝土后期轴心抗压性能的影响规律。为此,制作了对6个混凝土试件同时施加持续拉力的试验装置,龄期1.5d时开始施加轴向拉力,持荷一定时间后卸载,龄期28d时进行轴心抗压试验。持荷轴拉比和持荷时间对混凝土后期轴心抗压性能有一定的影响:持荷时间为7d时,轴拉比为0.15和0.3试件后期轴心抗压性能基本没有劣化,而轴拉比为0.5时试件产生了不可自愈的损伤,初始弹性模量、轴压峰值应力下降、峰值应变增大;轴拉比为0.3的试件持荷时间增加到14d,混凝土后期性能产生了劣化。混凝土强度等级越低,早龄期持续拉力对其弹性模量的影响较大,但峰值应力和峰值应变的影响相对较小。在试验结果的基础上,采用最小二乘法回归得到了持荷时间和持荷轴拉比对混凝土初始弹性模量、峰值应力与峰值应变的早龄期持荷影响系数。最后,在普通混凝土的应力应变关系的基础上考虑早龄期持荷影响因数,得到了受早龄期持荷影响的混凝土应力应变关系。     

基于金属磁记忆的钢结构焊缝疲劳试验

金属磁记忆检测技术已经在对接焊缝疲劳损伤检测方面有了诸多研究成果,但是目前的研究主要集中于对接焊缝的拉压疲劳,与实际结构中焊缝的弯拉疲劳过程之间存在差异.为此,本研究开展了含对接焊缝的工字钢梁疲劳试验,旨在真实地模拟实际工程中对接焊缝的疲劳开裂过程,揭示疲劳过程中磁信号的变化规律.试验结果表明:焊缝的初始焊接状态对于磁信号分布曲线的变化趋势有一定的影响,对于同一焊缝,当其初始磁信号曲线分布趋势相似时,其峰值及谷值随疲劳周次的变化趋势基本一致;研究发现,磁信号分布曲线的突变可以表征宏观疲劳裂纹出现,但是在疲劳稳定阶段,磁信号法向分量对于疲劳损伤的累计更加敏感;经过标准化处理后的矢量合成磁场平均值特征曲线可以表征焊缝疲劳的变化过程,捕捉到疲劳裂纹萌生的广义时间节点,从而对宏观疲劳裂纹的出现起到预警作用.     

中低碳钢静拉伸时磁记忆效应的实验研究

研究静拉伸情况下低碳X70管线钢和中碳45#钢的金属磁记忆效应.对X70钢试件进行了拉伸前后的金属磁记忆检测,总结了拉伸至塑性变形后试件表面磁场强度零值线的分布变化规律.在对45#钢所做的静拉伸实验中,发现磁记忆检测方法对于压磁效应具有一定的敏感性,为在弹性区域内检测应力的变化提供了可能性.