循环载荷下再生混凝土损伤声发射特性

在地震多发地,混凝土结构常常承受循环荷载作用,为了研究循环加卸载作用下再生混凝土的受压损伤特性,对不同再生粗骨料取代率的混凝土试件进行单轴抗压试验.基于声发射技术,对受压损伤全过程进行了动态分析.研究表明:循环荷载作用下,再生混凝土声发射振铃计数存在Kaiser效应,该效应反映了材料损伤程度,同时揭示了不同掺量再生混凝土的损伤机制;随着应力水平的增加,Felicity比逐渐减小,以Felicity比小于1作为混凝土损伤严重的标志;将每次循环声发射振铃图进行分形计算,循环荷载作用下再生混凝土声发射振铃分形维数随着循环次数的增加而增加,证明了声发射应用于损伤预测的可行性;应用响应比理论对声发射累计事件的研究得出:再生混凝土加卸载声发射数响应比Y随着试件承受的应力水平的增高而减小,且将Y减小至1左右时作为再生混凝土破坏前兆特征,为工程损伤预测及安全评估提供参考.     

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。     

钢纤维再生粗骨料混凝土受压声发射特性与损伤演化

为了探究钢纤维掺量(体积率0、0.8%、1.5%)对C30再生粗骨料混凝土(质量分数取代率0、100%)基本力学性能的影响，结合声发射特征参数和应力-应变曲线来描述钢纤维再生粗骨料混凝土在轴心受压过程中的损伤演化规律。试验结果表明，通过对声发射损伤定位、撞击计数与能量计数分析，可实现钢纤维再生粗骨料混凝土轴心受压破坏从累计损伤到微裂缝演变，再到宏观裂缝扩展的全过程动态监测，不同钢纤维掺量再生粗骨料混凝土与普通混凝土试件在加载过程中损伤点的密集集中位置与试件最终破坏位置相符；基于声发射累计撞击计数建立的混凝土损伤模型可用于分析钢纤维再生粗骨料混凝土的损伤演化规律。     

疲劳荷载对橡胶混凝土损伤和断裂性能的影响

虽然橡胶混凝土塑性和疲劳性能较好,但由于掺入橡胶,其在疲劳荷载下离散性增大,损伤过程及最终的断裂机制均不明确。为研究橡胶混凝土在疲劳荷载下的损伤和断裂性能,基于声发射开展了不同橡胶掺量的混凝土在疲劳荷载下的三点弯曲疲劳断裂试验。计算有效裂缝长度,分析疲劳荷载下不同橡胶掺量的混凝土裂缝长度a的变化规律,并利用裂缝长度a和声发射累积能量E_AE分别定义了损伤变量D_a和D_AE;分析疲劳荷载下不同橡胶掺量的混凝土断裂能G_F的变化规律;利用声发射中的信号持续时间分析疲劳荷载下橡胶混凝土中裂缝出现和扩展的规律。结果表明,混凝土的断裂能随橡胶掺量的增加呈线性增加;在疲劳荷载下,裂缝长度a和D_a均呈倒S型规律变化,而D_AE呈正S型规律变化;声发射信号持续时间表明,在疲劳荷载下,橡胶混凝土中的裂缝总在荷载较小时出现或发生扩展。      

中央带裂缝混凝土循环拉伸断裂试验Felicity效应

混凝土的声发射特性是其在受载过程中的伴生现象,具有对应力或应变历史的记忆性,可以利用声发射记忆性评价混凝土结构损伤历史。通过中央带裂缝混凝土试件循环拉伸断裂试验,分析了不同声发射参量与循环荷载历程之间的关系,建立了循环拉伸状态下混凝土声发射损伤模式,揭示了初始裂缝宽度对Felicity比的影响规律。结果表明,动态轴向循环荷载作用下,随着初始预制裂缝宽度的增加,混凝土棱柱体试件Felicity比逐渐增大。主要试验成果为采用声发射记忆性来评判混凝土的损伤历史提供了一种新的方法。      

预应力活性粉末混凝土受弯过程声发射特性

为研究钢纤维增强活性粉末混凝土（SF/RPC）复合材料的受弯破坏微观机制,对10根试验梁进行抗弯试验研究。基于声发射技术,采用宽频传感器对试验过程中的声发射信号和波形进行了采集。分析研究了SF/RPC材料的声发射特征参数,在对波形进行信号处理的基础上对波形频谱进行了深入研究。通过传感器之间互相发射和接受信号,对SF/RPC材料的声发射波速进行了测定。同时与普通混凝土（NC）材料声发射特性进行了对比分析研究。结果表明：相同荷载作用下SF/RPC的撞击累计数远大于NC梁,声发射活跃性高于NC材料;预应力SF/RPC梁的声发射特征参数与NC梁有着明显区别,SF/RPC短上升时间段（<30 μs）的声发射撞击平均比例为64.2%,明显高于NC的比例51.2%;SF/RPC材料波形频域特性也与NC材料明显不同;荷载作用前,SF/RPC材料内平均波速为4 342.8 mm/s,NC材料内平均波速为2 337.7 mm/s。通过引入Gutenberg-Richter理论,计算了声发射信号损伤参数（b_I）,对预应力SF/RPC损伤开裂过程与b_I值的关系进行了分析研究。本研究结果为有效识别SF/RPC材料的声发射特性提供试验依据。     

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。     

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。     

静力试验中C/SiC构件集成式热结构的声发射特性及与材料测试的对比静力试验中C/SiC构件集成式热结构的声发射特性及与材料测试的对比

在对C/SiC复合材料常温拉伸试验的损伤表征和声发射演化特性进行简要分析的基础上,针对构件集成式设计带来的复杂性特点,对某C/SiC热结构在常温静力试验中的声发射特性进行了分析。给出了试验中声发射特征参数的分类特点。根据试验加载中声发射信号规律,给出了结构的损伤演化模式。通过与材料级声发射信号的对比,判断了试验加载与热结构极限破坏载荷之间的裕度。由此将声发射测试从材料级别的研究延伸到大型C/SiC热结构。      

不同拉伸速率下钢材损伤的声发射监测评价

钢材已成为生产的基本材料,被广泛应用于各行业,目前还没有对其进行损伤动态监测的有效方法。采用声发射技术对钢材Q235在不同的拉伸速率下进行损伤动态监测试验研究,首先通过试验获取了不同拉伸速率时材料的弹性、屈服、强化、颈缩和断裂各个力学行为阶段声发射信号并提取各个特征参数;然后通过各个特征参数累积量历程图归一化曲线对钢材拉伸损伤过程进行评价,发现特征参数累积量历程图归一化曲线可以明显反映出钢材拉伸整体演变过程及各个力学行为阶段特征,并且随着拉伸速率的减小,在屈服阶段的结束端点出现更为明显的突增量,可作为表征屈服阶段和强化阶段的重要转折点。结合拉伸力学,对各个力学行为阶段声发射信号的产生机制和特征进行总结,可为钢材后期声发射信号源的产生机制以及后期损伤定量、寿命预测的研究提供参考了依据。     

Corrosion Process and Mechanisms of Corrosion‐Induced Cracks in Reinforced Concrete identified by AE Analysis

Abstract: Concrete structures could suffer from the corrosion of reinforcing steel bars (rebars) because of the penetration of chloride ions. For crack detection and damage evaluation in concrete, acoustic emission (AE) techniques have been extensively applied to concrete and concrete structures. In the corrosion process of reinforced concrete, it is demonstrated that continuous AE monitoring is available to identify the onset of corrosion and the nucleation of concrete cracking because of the expansion of corrosion products. At the latter stage, the expansion of corrosion products generates corrosion‐induced cracks in concrete. The generating mechanisms of these cracks are studied in accelerated corrosion tests of reinforced concrete beams. Kinematics of microcracks are identified by SiGMA (Simplified Green’s functions for Moment tensor Analysis) analysis of AE. It is demonstrated that AE activity at the onset of corrosion and at the nucleation of corrosion‐induced cracks is in remarkable agreement with the phenomenological model of the corrosion process in steel. Then, mechanisms of corrosion‐induced cracks are visually and quantitatively investigated by the SiGMA analysis.     

聚乙烯醇纤维混凝土损伤演化声发射监测及其评价

通过对掺入聚乙烯醇（PVA）纤维混凝土试件进行三点抗弯的声发射试验,来研究它的损伤失效机理。首先,通过三点弯曲试验,得到了PVA纤维腐蚀前后混凝土的抗弯强度。然后,基于加载全过程中声发射特征信号,根据声发射幅值、计数和能量相关图,并通过比较有无腐蚀PVA纤维混凝土声发射信号,揭示了PVA纤维腐蚀混凝土的抗弯强度下降原因及其损伤机理。 最后,借鉴NDIS-2421定量评定标准分析声发射信号,对混凝土试件的损伤情况做出定性评价,分析PVA纤维在腐蚀前后混凝土中的作用;此外,通过计算声发射特征信号裕度指标,发现PVA纤维混凝土弯曲损伤明显分为三个阶段,未腐蚀PVA纤维混凝土试件的裕度值较均匀。     

APMOC/环氧复合材料层板破坏过程声发射特征

本文利用声发射测试技术,对APMOC/环氧复合材料各种铺层的单层板、层合板的损伤机理和破坏过程进行了详细的研究。结果表明,在不同的声发射信号参量特征与不同的损伤机理之间存在对应关系。声发射信号参量的变化过程能够描述层板的动态损伤过程,不同的声发射参量表征层板的不同损伤过程与机理。     

Identification of damage mechanisms in concrete under high level creep by the acoustic emission technique

Many researchers have proposed hypotheses concerning the physical mechanisms that govern creep and among them the development of microcracks is well recognized. For high load levels, microcracking may initiates at the moment of load application and begins to grow to form a time-dependent crack path. An experimental investigation is proposed here in order to provide interesting insight into the coupling between creep and damage with specimens loaded in flexure. The acoustic emission (AE) technique is used as a tool to provide information on the pertinence of the physical hypothesis that microcracks appear during creep. An original test is performed to accelerate the creep phenomenon by submitting concrete beams to desiccation after a basic creep period. The results show a good proportionality between the creep deformation and the AE activity and thus the efficiency of acoustic measurements for the estimation of the state of damage. In addition, an unsupervised pattern recognition analysis is used as a tool for the classification of the monitored AE signatures. The cluster analysis shows two clusters during basic creep and three clusters during desiccation creep indicating different damage mechanisms.     

基于微缺陷成核序列的岩石微裂纹生长和损伤演化模型

岩石在承载之初,由于微缺陷无序成核和有限生长,在材料内部形成大量分布性微裂纹。在该文中,这种演化机制被归结为:微缺陷随机、孤立成核生成最小微裂纹和微缺陷无重叠聚集成核、排列生长形成大尺度微裂纹,裂纹尺度生长是微缺陷成核数的函数。利用微裂纹尺度-频数分布分形以及微裂纹粗糙表面分形,建立基于微缺陷累计成核数序列的裂纹尺度生长模型和损伤演化模型。通过对二维岩石试件破坏过程的微裂纹尺度统计和损伤测试表明,模型的预测结果与观测值符合较好。由于微缺陷成核与声发射源机制具有相似性以及微缺陷成核数序列与声发射数序列具有相似性,所以该模型可用于通过声发射参数序列跟踪微裂纹生长和损伤演化。裂纹尺度生长对于完整认识材料宏观力学性质演化和预测材料灾变具有重要意义。     

A simple damage model for concrete considering irreversible mode‐II microcracks

A simple damage model with the concept of mode‐II microcracks on crack wall contributing to the irreversible strains for concrete is developed. By applying the micromechanics method, a microcell‐based damage model is introduced to understand the damage behaviour. Further, by introducing the physical interpretation of the damage variable using thermodynamic method, a novel damage variable (irreversible‐damage variable) is proposed to describe the irrecoverable strains generated by both mode‐II microcracks and irreversible‐frictional sliding. With this methodology, a simple continuum damage mechanics model is developed in which both elastic and irreversible damages are considered. As demonstrated by the comparison with experimental results, the proposed model is characterized by accuracy of solutions, sufficiency of physical sense and convenience of implementation.     

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     

Damage mechanics of concrete

A process model, also known as continuum damage model, for a compressed concrete containing randomly distributed penny-shaped microcracks is formulated. The damage is computed from Fracture Mechanics principles applied to interfacial microcracks. The formulation is restricted to the monotonically increasing quasi-static compressive loads.     

Damage investigation of ultra high performance concrete under direct tensile test using acoustic emission techniques

In this study, acoustic emission (AE) analysis method was applied to monitor the damage evolution process of ultra high performance concrete (UHPC) under direct tensile test. Three types of UHPCs, including high strain-hardening UHPC, low strain-hardening UHPC and strain-softening UHPC were investigated. Meanwhile, the crack width developments of UHPCs during the tensile test were measured. Test results show that high strain-hardening UHPC exhibited high ductility by forming multiple microcracks invisible to naked eyes (typically below 0.05 mm) in the strain-hardening stage. The crack width-strain curves indicate that increasing the ultimate tensile strain of UHPC can improve its crack width control ability effectively. The AE analysis method could effectively detect the internal damages of the high strain-hardening UHPC at a strain of 600με. At that time, the crack width was smaller than 0.01 mm that could not be detected by crack width measuring instrument in this study. For three types of UHPCs, damages were generated around the localized crack during the strain-softening stage. In a word, the AE analysis method provides strong evidence to the multiple cracking behavior of UHPC during the strain-hardening stage, and provides a clear explanation to the identical damage evolution mechanism for three types of UHPCs during the strain-softening stage.     

基于非线性声场调制的混凝土微裂纹检测实验研究

混凝土微裂纹的产生和发展对于核电站、水库等特殊混凝土结构的耐久性有较大影响,基于非线性声场调制理论,提出边带峰计数法及损伤指标概念,以评估混凝土微裂纹发展。通过碱-骨料反应方式制备微裂纹,对水泥砂浆试件和混凝土试件累积微裂纹及持续性微裂纹的检测结果表明,损伤指标随微裂纹的发展而增大,与理论研究吻合。证明了所提方法的可行性。对同龄期不同水灰比混凝土微裂纹的检测试验发现,损伤指标峰值随水灰比的增加而增大,说明适当范围水灰比内,混凝土碱-骨料反应程度因水灰比的增加而增大。