基于声发射速率过程理论的岩石声发射特性研究

目前,国内外在建立声发射参数和力学参数问的定量关系的研究相对较少,前人提出的两种理论模型都是基于一定的假设条件给出的,并没有得到充分的试验证明.同时,没有很好的利用两种模型来评价岩石类材料的强度和损伤.本文首先在MTS试验系统上对灰岩进行单轴受压破坏全过程的声发射试验研究,分析了其声发射特征.其次在试验结果的基础上,给出了应用两种模型的拟合结果,从而检验了两种模型的有效性和适用性.最后,应用Dai和Labuz模型计算得到了灰岩的损伤变量值,通过比较计算结果来判断灰岩的强度及损伤程度,说明该模型在材料损伤和强度的评估方面有很好的应用前景.     

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.     

基于声发射监测的岩石热损伤实时演化研究

为了建立岩石热损伤演化模型,基于NI高性能测试系统与LabVIEW开发环境,通过对不同岩性试样(3种花岗岩和3种砂岩)进行热损伤试验,捕捉岩石在升温(从室温到500℃)和降温过程中的声发射信息.采用薄片分析方法揭示岩石经历高温作用前后的微观结构.根据声发射能量与弹性模量,建立岩石热损伤演化模型.研究结果表明:岩石在经历...     

车削过程声发射数学模型的理论研究

分析了金属材料间摩擦和磨损声发射信号的产生机理,阐明了描述磨损程度与声发射信号的数学定量关系。方法在描述金属切削过程塑性功的基础上,以正交切削过程为例,论述了３个变形区的塑性功功率理论表达式,并将车削过程的声发射机理和塑性功率结合起来。     

基于声发射的层状复合岩石损伤演化规律实验研究

为了研究层状复合岩石内部微观裂隙的损伤情况,采用单轴压缩试验,结合声发射分析仪对试件内部破坏过程进行实时监测,分析岩石的破坏过程、声发射的参数等力学特性。研究结果表明:层状复合岩石的破坏特征不是单一岩石破坏特征的直接相加,而是在荷载作用下耦合破坏的结果。强度高的硬岩可以约束强度低的软岩发生横向变形,而强度低的软岩对强度高的硬岩的横向变形具有推动作用;声发射的能量计数与复合岩石内部裂纹的压密、扩展、贯通过程有紧密联系,可以评估岩石内部的损伤程度;根据累计能量建立的损伤演化方程,其拟合数据与试验数据吻合较好,实现了用声发射能量计数反应层状复合岩石的损伤演化规律,为层状复合岩石的损伤研究提供了参考。     

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。     

声发射能量累积与煤岩损伤演化关系初探

为了寻求煤及岩石在受载破坏过程中能量积累与应力应变之间的关系,分别对煤矿的煤和泥岩进行了单轴加载及声发射试验,得到了煤岩试样单轴加载试验过程中声发射能量累积、应力与应变之间的关系曲线。利用损伤力学基本原理和热力学定律,理论推导了煤岩损伤演化方程,进而得到损伤与声发射能量累积关系曲线,通过拟合损伤与声发射能量累积关系曲线初步推导得到了声发射能量累积与应力应变的理论关系,并通过试验结果验证了能量累积与应力应变关系。     

基于NMR和声发射的砂岩疲劳损伤试验研究

为科学地评价工程岩体的长期稳定性和安全性,在实验室条件下对饱水砂岩开展循环加卸载试验,结合声发射技术与核磁共振分析技术两种手段探究其宏细观变形及疲劳损伤演化规律.研究结果表明:在循环荷载作用下,砂岩的声发射能量分布规律与轴向累积残余变形发展规律、应力-应变曲线滞回环变化规律一致,均能反映岩石在重复应力的作用下逐渐劣化至发生破坏;岩石疲劳损伤过程中的声发射能量幂律特征具有时间序列上的尺度不变性,循环中期幂指数可有效表征全过程能量分布;根据T₂谱结果,定义系数K₂为细碎裂隙与较大裂隙体积之比,循环过程中K₂一直处于增加的状态,当K₂值急剧下降时,砂岩有破坏的前兆;试件的AE特征与NMR特征均能体现岩石内部孔裂隙变化,其结果具有一致性,反映出岩石破坏是局部变形累积引起的整体疲劳损伤.      

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。     

混凝土材料声发射参数与力学参数及其损伤程度的关系

根据声发射数和应力水平关系,进一步分析推导出了声发射概率密度的函数表达式,并通过对混凝土进行单轴压缩室内声发射试验研究,应用声发射概率密度函数分析比较了材料在不同应力水平下的破坏程度.通过引入损伤变量新算法即损伤变量大小为声发射概率曲线下方包围面积大小,在以声发射数为中间变量的基础上推导出近似梯形积分公式,直接建立起损伤变量与声发射数之间的函数关系;并通过对各试验曲线拟合得出损伤变量和声发射数之间满足线性关系.     

储罐底板钢点蚀过程中声发射信号的聚类分析

联合采用声发射和电化学技术研究储罐底板钢试样在w(NaCl)=3.0%,pH=2.0的酸性溶液中的点蚀特征,基于K-均值聚类算法对点蚀声发射信号特征参数进行聚类分析,从而提取各类信号的自身特征。将分类后的信号作为样本训练BP人工神经网络,成功对平行试验采集的声发射信号进行识别。研究结果表明,底板钢在酸性条件下的点蚀过程主要产生氢气泡、膜破裂和蚀坑生长这3类典型的声发射信号,通过聚类方法可以区分这3类信号,并能用神经网络对声发射源进行有效识别。这对现场常压金属储罐底板腐蚀声发射检测结果的解释和评价具有指导意义,有助于提高检测结果可靠性,降低储罐运行风险,保证其运行安全。     

单轴载荷作用下岩石损伤演化及声发射特性研究

本文通过对两种不同岩石试样进行了单轴载荷破坏过程中声发射特性试验,得到了岩石全应力应变破坏过程中,声发射事件时间序列、事件累计数时间序列等声发射特性,分析了岩样损伤破裂不同阶段与声发射参数的内在联系与特征规律,研究表明,声发射信息反映岩石内部的损伤破坏情况,与其内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程密切相关,通过声发射事件数参数拟合出的理论应力应变曲线能够合理地反映岩石实际的应力应变和损伤演化特性,对预测预报岩石破坏失效的过程具有有着极其重要的理论价值和实际意义。     

ACCC导线碳纤维复合芯损伤声发射信号研究

参照"QJ 2099—1991三向纤维增强复合材料弯曲性能试验方法"标准,针对ACCC导线碳纤维复合芯弯曲应力损伤,对试验件进行三点弯曲试验,并同步对损伤进行声发射检测。通过声发射信号时域分析和频域分析方法,找出在不同应力损伤与声发射信号功率谱频率之间的对应关系。试验结果表明:树脂基体断裂和碳纤维断裂有明显不同特征,声发射采集的功率谱频率相差很大,树脂基体断裂的功率谱频率在150 kHz左右,碳纤维断裂的功率谱频率在250 kHz左右。声发射仪接收到功率谱低频率为主,则碳纤维复合芯的树脂基体有断裂;声发射仪接收到功率谱以高频率为主,则复合芯的碳纤维有断裂。     

砂岩单轴循环加卸载过程中声发射信号特征与时空演化规律

为深入研究循环荷载作用下岩石内部微裂纹萌生、发展及贯通的时空演化规律,以砂岩为研究对象,开展了砂岩在单轴循环加卸载下的声发射试验。结果表明:借助不同方向的波速测试,可获得声波在岩石中的传播速度,为声发射定位提供合理的波速参数;通过合理布置传感器的位置,可准确定位破裂面的空间位置;加卸载过程中声发射事件数和能量呈现台阶状上升,表明声发射具有记忆效应;通过声发射事件空间定位与破坏岩样的对比,验证了两者的位置基本一致,表明声发射可有效获得岩石内部微裂纹发展的全过程。     

基于声发射的自振脉冲空化射流实验研究

为增加低渗透性能煤层气的采前预抽取量,提高深部煤层的开采效率,本文采用信号分析法从射流振荡状态研究自振脉冲空化射流特性。基于水声传感技术获取淹没环境中声发射信号,利用频谱分析法研究围压下自振脉冲空化射流冲击砂砖块产生的空化噪声,分析不同压力下随时间变化时主要破坏频率,通过声功率谱（PSD）及空化噪声能量变化探讨冲蚀效果。结果表明,钻孔率随钻孔时间增加而降低且孔深存在临界深度。水中射流脉动的频率范围为11.44 KHz-17.14 KHz,砂砖主要破碎频谱范围为38.74 KHz- 46.05 KHz。随冲蚀时间增大,声发射信号能量强度先增加后降低。此外,射流频谱分析和PSD方法对射流性质的研究提供新的思路及方法。     

声发射信号通过螺栓紧固联接界面的试验研究

在声发射的实际应用中,采集的声发射信号很多都是经过不同界面传输的,其传播特性也受到不同程度的影响,其中通过螺栓紧固联接平面界面传播是最常见的一种。分析了引起声发射信号衰减的各种原因,采用成都动科信号采集卡及其相应的分析系统,模拟设计几组螺栓紧固联接平面试件来进行声发射信号传播特性研究。初步分析研究了在表面粗糙度、压力、接合面介质等不同条件下声发射信号通过螺栓紧固联接平面界面传播后的衰减情况,为声发射检测复杂结构设备具有重大参考意义。     

基于声发射监测的316LN不锈钢的疲劳损伤评价

疲劳裂纹的萌生与扩展容易导致压力容器及管道的严重疲劳失效.因此就设备的安全可靠性而言,非常有必要对疲劳裂纹扩展过程进行监测,并对疲劳损伤程度进行评估.本文针对316LN不锈钢材料进行疲劳实验研究,利用直流电位法测量实验中的裂纹长度,得到了材料的疲劳裂纹扩展曲线.利用声发射技术对疲劳裂纹扩展过程进行监测,通过声发射多参数分析对疲劳损伤状态进行评价,同时建立了声发射参数与线弹性断裂力学参数之间的关系,并进行寿命预测.研究表明:声发射能够对316LN不锈钢的疲劳裂纹损伤进行有效评估,声发射累积参数如累积计数、累积能量和累积幅值曲线上的转折点标志着疲劳裂纹进入快速扩展阶段,这可以为工程人员提供失效预警;声发射波形和频谱分析表明,噪声信号的幅值较小且信号持续时间较长,信号包含的频率成分比较复杂,而裂纹扩展信号是突发型信号,衰减较快,信号频率主要集中在80～170 kHz范围内;声发射计数率、能量率和幅值率与应力强度因子幅度以及疲劳裂纹扩展速率之间呈线性关系,裂纹长度预测结果与实测值接近.本研究工作对于工程结构的疲劳失效预警和剩余寿命预测具有重要意义.     

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.