用声发射技术测定混凝土断裂韧度的探讨

应用声发射技术和带中心竖向裂纹的矩形板试件确定混凝土裂纹失稳扩展临界点，并用边界元位移不连续法计算混凝土的断裂韧度ＫＩＣ，实验表明其断裂情况更接近混凝土特性．同时还研究了缝长对ＫＩＣ的影响．研究表明：在一定范围内，相对缝长对混凝土断裂韧度影响很小．     

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.     

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。     

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.     

钻头断裂声发射数学模型

从能量释放率理论出发，探讨了切削过程中钻头的受力分析和变形情况，给出了钻头裂纹扩展的推广Ｉｒｗｉｎ－Ｋｉｅｓ关系式。并由信号的时频特性，推出了钻头裂纹扩展或断裂声发射信号的数学模型，为深入研究钻头断裂的声发射监测方法提供了理论依据。     

声发射地应力测量中凯塞点的确定

准确判断凯塞点是岩石声射地应力测量中的重点和难点,目前还没有一种有效的确定方法。对砂岩声发射试验中声发射信号的重标区间（R／S）进行了分析,发现lg(R/S)与时间间隔对数值具有很好的线性相关性,相关系数均大于0．97,这表明声发射信号曲线具有分形特征。研究还发现,不同载荷阶段声发射信号曲线的赫斯特指数（H）可反映声发射信号强弱变化的趋势。当H＞0．5时,声发射信号趋于加强;H＜0．5时,声发射信号趋于减弱。根据这一规律,通过计算声发射信号曲线的赫斯特指数（或分形维数）,便可确定声发射试验中的凯塞点。实践证明这是一种确定凯塞点的有效方法。     

声发射地应力测量中凯塞点的确定

准确判断凯塞点是岩石声发射地应力测量中的重点和难点 ,目前还没有一种有效的确定方法。对砂岩声发射试验中声发射信号的重标区间 (R/S)进行了分析 ,发现lg(R/S)与时间间隔对数值具有很好的线性相关性 ,相关系数均大于 0 .97,这表明声发射信号曲线具有分形特征。研究还发现 ,不同载荷阶段声发射信号曲线的赫斯特指数 (H)可反映声发射信号强弱变化的趋势。当H >0 .5时 ,声发射信号趋于加强 ;H <0 .5时 ,声发射信号趋于减弱。根据这一规律 ,通过计算声发射信号曲线的赫斯特指数 (或分形维数 ) ,便可确定声发射试验中的凯塞点。实践证明这是一种确定凯塞点的有效方法。     

砂岩破裂失稳声发射临界特征与Kaiser点识别研究

为了研究砂岩内部微裂纹的损伤扩展特征,对取自鄂尔多斯盆地的19块细砂岩试样开展了单轴压缩声发射试验,获得了岩石脆性破裂失稳临界应力特征,并与重整化群条件下理论临界特征进行对比,开展了基于关联维数的Kaiser点综合识别法研究.结果表明:试样破裂失稳声发射临界特征比较明显,撞击率和能率均呈激增现象;临界应力强度比平均0....     

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.     

超高性能混凝土断裂全过程声发射分形特征及损伤机理

为研究超高性能混凝土(UHPC)轴拉破坏全过程的声发射(AE)机理和分形特征,首先,开展了不同钢纤维(端钩形、微波纹形和直圆形)增强的UHPC轴拉试件破坏试验,得到UHPC轴拉破坏过程中的声发射信号;其次,利用快速傅里叶变换计算信号的主频,分析主频在试验过程中的分布特征;然后,基于分形理论利用分形盒维度计算方法对信号进行分形分析,并探究分形盒维度与主频之间的关联性;最后,利用小波包变换方法计算破坏过程中的平均频带能量,分析不同应力状态下各频带能量的演变规律。试验结果表明：变形纤维的端钩和波纹与基体滑移过程产生较高的主频信号,而直圆纤维与基体滑移过程产生较低的主频信号;试件破坏阶段主频段信号分布增多,但依然以基体微裂和钢纤维相对滑移为主;分形盒维度在试件开裂前分布较集中,且在即将破坏时分形盒维度增大,开裂后变分散,新生微裂纹产生的信号分形盒维度与开裂前类似,宏观裂纹扩展产生的信号分形盒维度降低;平均分形盒维度随主频的增大而增大,呈近似二阶多项式变化,主频越高的信号复杂程度越高;AE信号能量集中于1～4频段,不同纤维增强试件的主要能量在频段上的分布不同,但在即将破坏时所有试件能量均由低频向...     

混凝土三维断裂临界曲面研究

本文对按应变能密度理论和最大拉应变理论所推导出的两个三维复合型断裂临界曲面作了简要介绍.并叙述了以35组混凝土试样进行Ⅰ-Ⅱ、Ⅰ-Ⅲ和Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型各种复合型断裂破坏试验为依据所得出的混凝土材料的两个试验临界断裂曲面.结果表明,按最大拉应变理论所得到的理论临界曲面和试验临界曲面相当接近.由本试验所得到的临界断裂曲面,及其拟台的经验判据式为判别含各种复台状态裂纹的工程构件中的裂纹是否会失稳扩展,提供了一个准则.     

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.     

声发射定量技术

本文介绍了近年发展起来的声发射定量技术。     

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.     

电测法确定混凝土裂缝临界长度

为了利用应变片法精确地测得混凝土断裂过程中裂缝的临界长度值,该文采用尺寸为157mm×152mm×50mm的楔入劈拉试件,在试件初始切口尖端延长线两侧各水平测点处分别贴全桥和半桥应变片。利用全桥应变片可精确测得整个试件以及各测点的起裂荷载,并可利用直线内插法计算得到临界裂缝长度精确值。各水平测点处起裂荷载对应的半桥应变片的应变值即为材料的极限拉应变,根据最大应变开裂准则,利用半桥法可测得裂缝临界长度的范围。分析表明,两种方法计算得到的临界裂缝长度值非常接近。     

混凝土锈胀开裂的断裂过程分析

应用线弹性断裂力学基础理论,结合弹性力学研究成果,得到了钢筋均匀锈蚀导致锈胀裂缝扩展至表面前的锈胀力与裂纹张开位移的关系.结合混凝土的双K断裂准则,分析了混凝土锈胀开裂过程的断裂韧度及其影响因素.研究结果表明:钢筋直径与保护层厚度及混凝土强度是影响混凝土锈胀开裂发展的主要因素;适当增加混凝土保护层厚度、选用小直径钢筋和选择高性能混凝土均有利于抵抗锈胀裂缝的扩展.     

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。