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.     

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.     

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。     

变幅循环荷载下混凝土轴拉声发射特性试验

采用声发射技术对混凝土试件在变幅循环轴拉荷载作用下的损伤破坏过程所伴生的声发射信号进行采集，分析混凝土的凯塞效应及典型声发射特性。结果表明:声发射凯塞效应和费利希蒂效应过渡的加载阶段约有62％极限应力，此临界点可作为混凝土轴拉裂缝发展稳定与否的标志；声发射振铃数、声发射ASL平均值和声发射幅度均呈现出随着加载阶段的延续而增加的趋势。相关结果可以作为预测混凝土结构安全和损伤程度的依据。     

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.     

初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响

通过试验研究含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环共同作用下的性能,分析了不同初始损伤程度混凝土随腐蚀时间的增加,其质量、超声波传播速度、强度、单轴压缩应力应变曲线以及声发射活动的变化,运用损伤力学对腐蚀损伤进行定量评价和参数拟合,基于声发射特性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型并进一步分析其损伤演化过程,借助环境扫描电镜与电子能谱技术观测分析受硫酸盐腐蚀作用初始损伤混凝土微结构的变化,揭示其损伤机理.试验结果表明,随着腐蚀时间的增加,不同初始损伤程度混凝土的质量、超声波传播速度和强度均呈先增大后减小,初始损伤程度增加会加速混凝土在腐蚀作用下物理力学性能的劣化,其影响存在阈值,分别以抗压强度、超声波速为损伤变量可以建立混凝土的腐蚀损伤劣化方程,并进一步得出不同损伤表达式间的函数关系;相同腐蚀时间下,初始损伤的增加使声发射活动减弱且产生明显的声发射的时间滞后;初始损伤下,基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和损伤加速发展阶段3个阶段;初始损伤的增加使混凝土内部腐蚀反应更为活跃,微裂纹网络体系比无初始损伤状态下更加发达,呈现龟裂状延伸和扩展,进而改变了混凝土的宏观物理力学性质.     

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。     

声发射信号预测山体滑坡基础性试验研究

对现场取样并二次加工的岩石样本采用深梁三点加载方式在5种工况(变速加载、匀速加载、破坏形态改变、加载环境改变以及尺寸改变)下进行剪切加载至破坏,以模拟岩体滑坡.进而基于声发射理论,利用声发射传感器对试验样本破坏全过程中的声发射信号进行实时采集,并形成相应位置的声发射信号随时间变化曲线.最终通过声发射信号曲线变化特征识别区分出岩石样本加载破坏整个过程中的不同阶段.试验结果证明,基于传感器合理布置位置,通过观察声发射信号曲线变化特征可以对山体滑坡面中关键点破坏的预警提供较好的判断依据,从而通过对多个关键点破坏位置的预警来预测滑坡面的早期形态,为今后声发射信号预测山体滑坡的工程应用提供试验基础.     

纳米混凝土声发射Kaiser效应的试验与数值模拟

为研究纳米材料的微观结构对混凝土宏观力学性能的影响,采用声发射试验和数值模拟相结合的方法,研究纳米混凝土在循环载荷作用下的声发射特性.结果表明:纳米混凝土具有明显的Kaiser效应,但存在一定的应力水平范围.与普通混凝土相比,由于受到纳米SiO2微观作用的影响,纳米混凝土在前3次加载过程中,声发射能量高、幅值大、活性强.但在第4次加载时,由于承载能力得到提高,纳米混凝土声发射能量累积曲线的变化相对平缓.RFPA数值模拟结果与试验结果具有一致性,其应力图和声发射图能够形象地表征试件裂纹的扩展过程和破裂位置.这有助于深入了解纳米混凝土损伤过程的声发射特征.     

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.     

混凝土疲劳试验的AE特性研究

ＡＥ检测是对混凝土的疲劳破坏进行监测与预报的有效方法,它作为一种动态无损检测方法几乎不受材料的限制,本研究对水泥砂浆试作（φ１０ｃｍ×２０ｃｍ）进行等幅低频部分片振压缩疲劳实验,结合应变进行ＡＥ测试,从而阐明混凝土在疲劳损伤中的ＡＥ特性,为在实践中应用推广ＡＥ技术奠定试验基础。     

重轴载交通下斜向预应力混凝土路面应用研究

针对重轴载交通下普通水泥混凝土路面抗疲劳性能较差、容易产生裂纹的问题,提出将斜向预应力混凝土路面引入重轴载交通中,并结合已有定测下混凝土疲劳试验结果对其抗疲劳机理进行深入分析.同时,根据混凝土疲劳破坏发展的历程,提出此种路面结构中预应力筋的分步张拉方法:当混凝土浇筑完成24h后,预应力筋第一次张拉到30%的设计轴力,以控制混凝土路面初期裂纹;当混凝土达到设计龄期后,张拉至设计轴力用以抵消温度应力和部分重轴载引起的路面拉应力,保证路面结构在正常使用情况下处于三维压缩状态,从而防止混凝土裂纹的出现和扩展,达到提高混凝土第二阶段抗疲劳强度的目的.实例验证了斜向预应力混凝土路面结构适用于重轴载交通.     

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 .     

路面结构极限承载能力分析

针对某公路路面的早期损坏,进行了超载车辆的轴重及其轮胎接地面积和压力的调查.基于实际轴载的作用图式,分别应用弹性层状体系理论和弹性薄板理论有限元法分析了重荷载作用下,该公路沥青路面和水泥混凝土路面结构的力学响应.按照起决定作用的各结构层材料抗拉强度确定两种路面结构类型的极限承载能力,初步建立了分析路面结构极限承载能力的方法.分析结果表明,沥青路面早期损坏的根本原因是过大轴载对路面结构的一次性加载破坏,而不是轴载重复作用的疲劳破坏,按现行规范设计确定的水泥混凝土路面结构的极限承载能力明显高于沥青路面结构的极限承载能力.     

混凝土疲劳破坏的概率分析

根据混凝土的疲劳寿命离散主要是由于混凝土的静载破坏强度即混凝土材料的离散而引起的这一结论为基础；对混凝土在等幅和变幅高周重复荷载作用下的疲劳破坏的概率分析进行了初步探讨，给出了计算混凝土疲劳破坏概率及满足—定保证率的疲劳抗力的计算方法，利用这一方法可以对混凝土的疲劳破坏进行较合理的概率分析，合理地确定在等幅或变幅重复荷载作用下满足一定保证率的混凝土疲劳抗力，为在设计中正确选取混凝土的疲劳强度提供了合适的方法。     

自愈合混凝土损伤演化声发射监测及其评价技术

自愈合混凝土能较大程度地提高混凝土的极限承载力.针对自愈合混凝土损伤缺乏有效研究手段的现状,提出用声发射技术来监测它的损伤演化.通过自愈合混凝土梁三点弯曲试验,对它的损伤全过程进行了声发射监测.通过声发射计数能够准确地判断自愈合混凝土裂纹的开裂、扩展及其损伤演化过程,它的包络曲线和荷载曲线具有良好的对应关系.运用凯塞(Kaiser)效应和费利西蒂(Felicity)比能正确判断愈合的优劣情况.最后,对自愈合混凝土损伤演化的各个阶段声发射波形进行小波分析,通过小波奇异检测技术提取出各自的特征波形,并分析其频率分布范围,进一步分析了损伤的内在成因,为自愈合混凝土损伤类型提供了一种新的判据和测试方法.     

基于AE对预应力钢筋砼梁损伤试验分析

为了探究预应力钢筋混凝土梁损伤与其声发射信号之间的关系,利用声发射技术对预应力钢筋混凝土梁损伤过程进行监测。通过三点弯曲试验,采集到预应力钢筋混凝土梁损伤的实时声发射信号数据。分析不同荷载下声发射信号幅值与上升时间的参数分布图,并对比加载过程试件梁的裂缝变化,发现不同信号幅值分布与混凝土梁的损伤类型具有很好的相关性,可以演化试件梁的损伤过程,其中高幅值信号的集聚意味着宏观裂缝的出现。此外,通过ISA信号强度准则的计算,对预应力钢筋砼梁损伤程度做出了定性评价。     

水泥混凝土路面疲劳破坏及其对策研究

水泥混凝土路面的破坏主要表现为疲劳破坏.研究表明,混凝土的强度和路面表面的平整度,对路面的疲劳寿命影响很大.建议采用混凝土的"双向拉伸强度"作为混凝土路面板的厚度设计验算标准,并在施工中尽量整平路面,提高路表的平整度指标.     

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.