聚乙烯醇纤维混凝土温度疲劳损伤演化声发射监测技术研究

本文通过对掺入聚乙烯醇（PVA）纤维的混凝土试件进行温度疲劳声发射试验,来研究PVA纤维混凝土损伤演化机理。首先,通过温度疲劳试验,得到了PVA纤维混凝土损伤实时的声发射监测数据;然后,基于试验全过程的声发射特征信号,根据声发射能量、计数相关图,并通过比较不同掺量PVA纤维混凝土声发射信号,揭示了PVA纤维混凝土的损伤演化过程;最后,利用裕度指标分析声发射信号,对混凝土的损伤程度做出定性的评估;此外,通过计算声发射特征信号的Kurtosis指标和b值指标,发现PVA纤维混凝土的温度疲劳有三个明显的损伤阶段。     

混凝土静态轴拉声发射试验相关参数研究

摘要：对声发射采集系统的硬件参数设置、滤噪参数设置以及声发射信号特征参数及其相关性进行了系统的试验研究。共进行了11组断铅人工激发源试验和13个混凝土试件的单轴静态拉伸试验,采用全数字化的参数-波形式声发射采集系统和三种不同型号的传感器同步采集并存储了试验过程中的声发射特征参数和波形,应用参数和波形分析相结合的方法以及波形事后提取分析等技术手段对数据进行分析。结果表明：前置放大器增益、阈值、波形采样率和采样长度、带通滤波器等有一合理参数取值;幅度、振铃、持续时间、声发射信号能量、绝对能量、信号强度这6个参数能够较好地体现混凝土轴拉损伤过程的阶段性特征;声发射幅度、振铃数、持续时间、上升时间和信号强度5个参数之间存在显著的相关性。研究成果可为采用声发射技术研究混凝土的损伤破坏过程提供参考依据。     

小湾拱坝湿筛与三级配混凝土静态弯拉声发射特性

摘 要：结合小湾拱坝湿筛和三级配混凝土静态弯拉试验,采用全数字化声发射系统采集了两种混凝土在三点弯曲荷载作用下从加载至最终破坏的声发射特征参数和波形。对比分析了各加载阶段的声发射活动发展规律及声发射波形FFT功率谱峰值频率和频率质心的统计特征,识别了两种混凝土以声发射特征参数为基础的损伤断裂机制,采用商业声发射软件对微裂缝局部化区域进行了定位。结果表明,三级配混凝土与湿筛混凝土相比,具有以下声发射特征：(1)更易诱发损伤,在各个加载阶段具有较小的声发射b值;(2)声发射撞击峰值频率在100-125kHz频段及225-250kHz频段也有分布,同时频率质心比湿筛混凝土低;(3)在湿筛混凝土的一个特定机制的持续时间范围内,三级配混凝土识别为两个机制;(4)微裂缝的局部化区域范围大于湿筛混凝土。     

多龄期桥梁斜拉索疲劳损伤演化声发射监测技术研究

斜拉索在斜拉桥体系中有着举足轻重的作用,但易遭受腐蚀和疲劳累积损伤。目前对多龄期斜拉索腐蚀疲劳损伤演化规律的研究还较少。拟采用声发射技术监测国内某大桥腐蚀斜拉索疲劳损伤演化过程。首先,通过拉伸试验,得到了斜拉索中腐蚀钢丝和未腐蚀钢丝的应力-应变关系曲线,其实验结果表明腐蚀对斜拉索力学性能有较大的影响;其次对大桥拆下来的多龄期斜拉索进行疲劳测试,运用声发射技术监测了它的动态损伤过程,获得了斜拉索整个损伤过程的声发射特征参数,根据声发射累积能量参数分析结果,得到了多龄期斜拉索疲劳损伤演化规律;最后,对斜拉索疲劳损伤演化的各个阶段声发射波形进行小波分析,提取出各自的特征波形,并运用FFT分析其频率分布范围,进一步分析了损伤的形成原因,实现了对多龄期斜拉索损伤声发射源类型的确定     

基于小波包分析的拉索损伤声发射信号特征提取

结合显式有限元和小波包分析技术开展了拉索损伤声发射信号特征提取的仿真分析。采用ANSYS/LS-DYNA模拟得到拉索损伤声发射信号的仿真信号,基于小波包能量谱对拉索声发射的有限元仿真信号进行了特征提取,从小波包分解层次、特征频带数量的选择及特征参数的噪声鲁棒性三个方面开展了讨论分析。结果表明:(1)通过选择适当的小波包分解层次,小波包能量谱可以精细地反映信号的特征;(2)选取少数特征频带就能使得小波包能量谱反映声发射信号的特征信息;(3)基于小波包能量谱的特征参数具有良好的损伤敏感性及噪声鲁棒性,能在强噪声影响下实现对拉索不同损伤类型的判别。     

基于K熵和关联维数的金属疲劳损伤过程的声发射信号特征分析

深化对金属疲劳损伤过程中声发射信号的特征认识,是运用声发射信号对金属结构损伤过程进行监测预测的重要基础热点问题。针对金属疲劳损伤经历裂纹萌生阶段、裂纹缓慢扩展阶段、裂纹快速扩展阶段、临近破坏等四个阶段产生大量的声发射信号,采用K熵和关联维数等混沌特征量来分析海量的声发射信号;通过对45号钢试件进行三点弯曲疲劳试验、测试得到试件疲劳损伤过程的声发射信号,分别估算不同时间段所产生声发射信号的K熵和关联维数,分析结果表明金属疲劳损伤过程的声发射信号具有混沌特征,其K熵和关联维数的变化趋势与金属疲劳损伤过程的四个阶段具有较清晰的对应关联,表明K熵和关联维数可以较好的揭示金属疲劳损伤过程的动力学特性,这将为运用声发射信号实现金属结构疲劳损伤在线监测及预测提供了一种新思路。     

含不同埋深分层损伤复合材料弯曲破坏声发射监测

为研究风电叶片复合材料弯曲损伤破坏特性及声发射响应特征,对含分层缺陷风电叶片复合材料进行四点弯曲试验,并用声发射技术进行实时监测。结果表明:缺陷位于近表面时的撞击累积总数和最高声发射相对能量明显高于缺陷位于中间层时的对应值。因此缺陷位置对试件的承载能力有较大影响,随着分层缺陷距试件表面埋深的减少,试件的承载能力降低,试件破坏程度加剧。分层试件的损伤破坏与对应声发射信号幅度、撞击累积数、相对能量、定位源等特征参量密切相关。     

施加水平磁场下电磁声发射与裂纹指向特征分析

声发射检测方法对金属构件进行健康检测的关键问题:通过合适的载荷使得构件产生声发射信号。现阶段大部分声发射检测均采用接触式离线加载,声发射检测采用可在线检测的非接触式电磁加载。从电致位错、自由电子运动理论出发,在微观层面探究电磁声发射的机理特征;研究静磁场与涡流分布作用下电磁声发射特征差异;基于声发射信号的非平稳特征,利用希尔伯特黄变换方法分析电磁声发射特征。通过改变水平磁场激励方向,实现本征模态函数的能量比值、互相关系数、特征本征模态函数时频图与裂纹指向特征之间的关系联立。     

基于小波变换与统计分析的转子碰摩声发射特性研究

为解决转子碰摩损伤声发射信号分类及解释难题,应用PCI-2声发射系统和WS-ZHT1型多功能转子实验台组成转子碰摩声发射检测系统,采集转子局部碰摩声发射信号,通过理论分析声发射信号特征和小波基函数性质,dB8小波适合提取声发射信号特征;碰摩产生大量声发射信号,大量声发射信号的统计特性蕴涵较多碰摩信息。对不同转速条件下不同检测位置碰摩声发射信号的统计分析表明,声发射信号的功率谱密度集中在100～400 kHz。声发射信号平均幅值、平均能量可作为区分转子碰摩程度特征参数;功率谱主频可作为区分声发射相对位置特征参数,结论与碰摩类型无关。     

聚乙烯醇纤维对盐冻混凝土抗折强度的影响

通过聚乙烯醇纤维增强混凝土(PVA-FRC)试件和素混凝土试件28 d弯曲抗折试验和300次盐冻后弯曲抗折试验,考察盐冻对混凝土试件弯曲抗折强度的损伤和纤维对盐冻前后混凝土试件弯曲抗折强度的增强作用.设置了3种纤维体积掺量的PVA-FRC试件,并在纤维体积掺量为1.5％的基础上,分别以10％硅灰和20％粉煤灰替代等量水泥试图提高PVA-FRC试件盐冻前后抗折强度.结果表明,PVA-FRC试件盐冻前后抗折强度均大于素混凝土试件盐冻前后抗折强度,纤维体积掺量为1.5％的PVA-FRC试件盐冻前后增益比最大;PVA-FRC试件盐冻后抗折强度损伤量远小于素混凝土试件抗折强度损伤量,纤维体积掺量为1.5％的PVA-FRC试件损伤量最低;硅灰和粉煤灰的掺加没有提高PVA-FRC试件盐冻前后的抗折强度,也没能降低PVA-FRC试件盐冻后抗折强度损伤量.     

腐蚀近海桥墩十字形双向拟静力试验及损伤分析

为研究十字形双向加载作用下腐蚀近海桥墩的损伤演化,设计了2个尺寸及配筋相同的钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)桥墩试件,对其中之一开展了电化学腐蚀试验,随后对2个试件进行了十字形双向拟静力试验.基于实测数据,分析了腐蚀作用对墩柱滞回特性及刚度退化的影响,基于试验现象,及考虑腐蚀和加载路径的改进P...     

侵蚀环境下FRP条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压试验

通过侵蚀环境下碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料条带和玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱试验,分析了侵蚀环境对混凝土强度、纤维增强聚合物基复合材料加固锈蚀柱的极限荷载和荷载-轴向位移曲线的影响。结果表明,混凝土强度受冻融环境影响较大,受干湿环境影响较小;纤维增强聚合物(FRP)复合材料加固锈蚀柱的轴向极限荷载与冻融循环次数、钢筋锈蚀率及FRP复合材料种类有关,随冻融循环次数分别增加到25次、50次、75次,GFRP复合材料条带和CFRP复合材料条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱的轴向极限荷载分别降低了10.97%、13.37%、16.04%和5.95%、4.66%、4.33%;FRP复合材料加固锈蚀柱的刚度和耗能受侵蚀环境种类、侵蚀环境作用次数、锈蚀率及FRP复合材料种类的影响。在试验研究的基础上,通过理论分析侵蚀环境下混凝土强度损伤系数和锈蚀钢筋强度退化方程,提出了侵蚀环境下FRP复合材料条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压承载力计算方法。      

GFRP管-灌浆料修复锈蚀钢管节点受压性能研究

圆钢管焊接节点应用广泛,长期服役后的腐蚀退化问题严重影响其安全性和剩余寿命。为研究GFRP管-灌浆料修复锈蚀钢管节点的效果,对6组未锈蚀、锈蚀未修复和GFRP管-灌浆料修复的锈蚀圆钢管T形节点开展了支管轴压力静载试验。试验结果表明：主管锈蚀导致的约10%重量损失会使节点承载力降低近20%;GFRP管-灌浆料有效地约束了锈蚀主管的侧向外凸变形,使节点的控制破坏模式由主管塑性化转变为主管冲剪,从而使锈蚀节点的受压承载力和初始刚度分别提升约100%和50%,且均高于未锈蚀的对比试件。基于验证的精细化有限元模型,进一步参数分析表明,支主管直径比、GFRP管厚度以及修复主管截面空心率是影响修复节点受压性能的关键参数,主管修复长度和灌浆料强度的影响较小;优化修复构造,可使主管重量损失28%的锈蚀节点承载力提升至锈蚀前的1.5倍以上。最后,基于修复节点承载力达到1.2倍未锈节点的目标,提出了适用于不同节点锈蚀率的修复建议,可为长期服役后锈蚀钢管结构的修复与性能提升提供参考。     

大掺量高吸附性石粉高强机制砂混凝土收缩开裂抑制试验

针对大掺量高吸附性石粉高强机制砂混凝土早期易发生收缩开裂的问题,开展了掺加膨胀剂、减缩剂、聚乙烯醇(PVA)纤维、高吸水树脂(SAP)混凝土的早期收缩、抗裂和力学试验,并利用核磁共振仪和扫描电子显微镜对混凝土孔结构和微观形貌进行了测试,揭示抑制收缩开裂的机制。试验结果表明:掺入膨胀剂、减缩剂、PVA纤维、预吸水SAP均能有效抑制混凝土早期收缩和开裂,其中掺预吸水SAP降低早期收缩的效果最好,收缩应变可降低93%,PVA纤维抑制早期开裂的作用最明显,总开裂面积可降低68.26%,同时,掺入两者会使混凝土力学性能提高,而掺入膨胀剂和减缩剂会使混凝土力学性能降低。SEM图像表明,SAP能将预吸收的水分释放到混凝土中,促进水泥水化反应,而PVA纤维的掺入改善了混凝土内部孔隙结构,有良好的填充作用和桥接作用。核磁共振试验表明,抑制收缩开裂的机制是通过改善混凝土孔隙结构,增强界面密实度,从而减小早期收缩,进而提高抗裂性能。      

Real-time damage mechanisms assessment in CFRP samples via acoustic emission Lamb wave modal analysis

This paper proposes a very promising acquisition-analysis procedure to evaluate real-time damage in carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composite plates by means of the acoustic emission (AE) method. It shows how, by using appropriate acquisition frequency filters and very narrow time windows, it is possible to avoid reflection at boundaries and successfully split the A0 and S0 Lamb modes of the AE signals. After that, an appropriate algorithm —based on the comparison of strength of both modes in time and frequency domains— allows one to associate each AE event to a particular damage mechanism (delamination, fiber breaking and matrix micro-cracking). Experimental results from three point bending tests carried out on 22-layer CFRP samples, with delamination artificially induced by a Teflon film, clearly demonstrate the real-time evaluation of the induced delamination and the beginning and growth of new ones.     

基于生物矿化机理的自愈合混凝土制备与表征

研究旨在利用微生物诱导碳酸钙沉淀机理,研制新型细菌自愈合混凝土。在高pH条件下培养,筛选出一组与枯草芽孢杆菌相关的产芽孢杆菌。将筛选得到的耐碱枯草芽孢杆菌M9进行生物矿化沉淀测试,X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM),结果表明沉淀矿物为呈方解石形态的碳酸钙。以枯草芽孢杆菌M9为修复剂,掺入聚乙烯醇(PVA)纤维制备自愈合混凝土梁试件。利用引气剂在水泥净浆混合料中产生微孔,为微生物提供生态位。对养护14 d的混凝土梁试件进行三点弯曲试验,获得宽度约为0.3 mm的裂纹。28 d后,细菌代谢等作用形成碳酸钙晶体填充物自动填充微裂纹空隙。后续SEM测试表明:方解石是裂纹填充矿物主要形态,且晶体表面残留部分细菌印记。愈合后的混凝土梁在第二次弯曲测试下的抗弯强度提高了约14%,该强度恢复是通过修复基体裂纹和纤维-基体界面的粘结力来实现的。     

3D C/SiC复合材料拉伸性能的声发射研究

采用声发射平均频率和相对能量以及幅值识别了3D C/SiC复合材料的拉伸损伤模式, 探讨了拉伸加卸载过程中材料的费利西蒂(Felicity)效应。通过分析具有不同拉伸性能试样的损伤过程, 研究了不同损伤模式的时间分布特征对材料拉伸性能的影响关系。分析结果表明, 3D C/SiC复合材料中基本不存在凯瑟(Kaiser)效应, Felicity比随着应力水平的升高而降低, 相对应力水平高于65%时出现突降。3D C/SiC复合材料高性能的决定性因素不是声发射波击总数, 而是高幅高能量信号发生的时间和次数。在加载前期(应变<0.15%)损伤较少是材料高强度的必要条件, 纤维簇断裂在加载中后期的分散分布有利于提高拉伸强度。      

检验腐蚀对镍基单晶高温合金高周疲劳性能的影响EI北大核心CSCD

为了研究检验腐蚀对一种镍基单晶高温合金高周疲劳性能的影响,将经过标准热处理的试样置于FeCl 3+HCl+H 2O腐蚀剂中分别腐蚀2次和4次,采用莱卡DCM8共聚焦显微镜和扫描电镜对未腐蚀、2次与4次腐蚀试样的表面形貌进行观察,然后分别测试未腐蚀和4次腐蚀试样760℃与980℃的旋转弯曲疲劳性能。结果表明:未腐蚀试样表面存在纵向且相互平行的由抛光带来的细小抛痕,表面粗糙度低;2次腐蚀后,表面抛痕有所减少,枝晶间区域出现腐蚀坑,表面粗糙度增加;4次腐蚀后,表面抛痕被完全腐蚀掉,腐蚀坑深度和表面粗糙度进一步增加。4次腐蚀会略微降低合金760℃的疲劳性能,但对高应力幅条件下的疲劳寿命影响较大,对低应力幅条件下的疲劳寿命影响较小。4次腐蚀对合金980℃疲劳性能影响很小。     

水灰比对PVA纤维增强水泥基复合材料性能和显微结构的影响

对3种不同水灰比(0.2,0.4,0.65)形成的聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料,通过三点弯曲试验,结合表观裂缝形状和裂缝处PVA纤维形态,研究了水灰比对材料弯曲性能的影响;通过对断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的SEM影像分析,从微观层面研究了水灰比对PVA纤维-基体界面显微结构的影响。弯曲试验结果表明:随着水灰比增加,跨中部位裂缝数量明显增加,裂缝处拔出的纤维数量增多而拉断的数量减少,材料的弯曲韧度和开裂强度到弯曲强度的增强幅度提高。界面显微结构表明:随着水灰比增加,基体结构由致密变疏松,界面粘结力减弱,桥接裂缝的PVA纤维状态由瞬间猝断转变为滑动拔出且表面有轻微刮削,纤维对材料增强增韧的效率显著提高。     

Diagnostic of fatigue damage severity on reinforced concrete beam using acoustic emission technique

Fatigue damage assessment using non-destructive testing on structures as well as reinforced concrete (RC) beam has become an attention for recent decades. In this paper, diagnostic of fatigue damage in RC beams using acoustic emission (AE) technique was investigated. Based on severity analysis of AE signal strength during service life of the beams, bath–tub curves derived from AE signal are presented and divided into three stages; burn-in, steady state and burn-out. At the same time, deflection in the RC beams also has been analyzed.