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。     

压缩载荷下陶瓷材料声发射特性的实验研究

对陶瓷材料在两种压缩加载下破坏过程中的声发射特性进行实验研究。三点弯曲和巴西劈裂实验中,采用多通道声发射系统监测了陶瓷试件的破坏过程。对声发射信号进行分析,结果表明,声发射能量数、事件数、振铃数等参数都反映了材料内部损伤演化扩展直至试件宏观断裂的过程。利用声发射参数可以定位陶瓷试件的破坏位置;试件断面的宏细观分析表明,陶瓷的脆性破坏机制主要是颗粒附近的微裂纹开裂。     

基于自相似性的混凝土损伤分析及声发射机理

声发射是一种能够动态反应材料微观结构变化的弹性波.对混凝土的声发射机理进行研究是混凝土损伤分析的有效方法.基于自相似方法对混凝土的声发射机理进行分析,研究了混凝土在轴向加载方式下的损伤过程.通过对比混凝土声发射的自相似特征值与应力之间的变化关系,将混凝土的破坏细化为一个内部结构不断被压密破坏的循环往复过程.研究结果表明,混凝土裂纹扩展处微裂纹的开闭导致混凝土应力呈现周期性的变化,使混凝土的声发射参数无法准确反映混凝土应力变化,在研究声发射参数与力学参量的定量关系时,应考虑微裂纹开闭对应力变化的影响.     

带缺口塑性材料的声发射特性研究

以带线切割加工缺口的碳钢在拉伸试验时的断裂过程为研究对象,通过对其产生的声发射信号进行检测和分析,研究其开裂时的声发射特性。试验结果表明:带缺口塑性材料在拉伸断裂过程中会产生幅值在47dB￣90dB范围内的声发射信号;信号的振铃累计数在材料的塑性变形段与裂纹稳态扩展段均与应变成线性关系,但后者斜率大于前者;试样缺口深度越大,材料开裂时间越早,振铃计数率越高,且信号能量累计数与应变成线性关系。     

含边裂纹试样弯曲断裂声发射特征研究

采用类岩石材料研究了含边裂纹试样在三点弯曲加载条件下的裂纹扩展过程，并利用声发射（AE）测试技术分析了含裂隙试样弯拉应力作用过程中预制裂纹萌生、起裂、扩展和断裂破坏的全过程的声发射特征。试验结果表明，声发射的阶段性突发特征反映了张拉裂纹阶段性扩展的规律，但边裂纹的拉破裂特征不同于压剪应力作用下的声发射特征。预制裂纹在拉破裂过程中的声发射特征表现为AE数的渐进增长、快速增长、突发式增长和逐渐下降4个阶段。声发射源的带状分布规律表明，在弯拉应力作用下，裂隙的张性断裂不是孤立的，而是有若干个小断裂面聚集而成宏观断裂，探讨了预制裂隙受拉破坏的内在机理。     

316LN不锈钢断裂过程的声发射特性

用声发射技术监测316LN母材和焊缝的断裂过程得到了材料断裂破坏的声发射特征,并对声发射信号进行分类,研究了316LN不锈钢材料的断裂韧性。结果表明:316LN母材和焊缝的断裂是韧性断裂,母材的塑性优于焊缝;断裂过程在时域上可划分为5个阶段:裂尖张开阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段、裂纹萌生阶段以及裂纹稳定扩展阶段;使用上升时间-持续时间关联分析法可将母材和焊缝断裂过程的声发射信号进行分类,可区分出噪声信号和有效断裂信号。     

基于小波包能量谱的声发射信号处理技术

为实现材料早期结构疲劳损伤程度的监测与评价,提出采用小波包能量谱的声发射信号处理方法.首先,搭建金属疲劳损伤在线声发射监测系统,采集金属材料早期结构疲劳损伤产生的裂纹扩展与闭合的声发射信号;其次,选取适用于该声发射信号的小波函数和小波包分解层数,从而得到小波包分解后的各个频带的能量随疲劳周期数增加的变化情况的小波包能量谱图.实验表明:上述信号处理方法可获得能表征金属材料随着疲劳周期数增加的早期结构疲劳损伤程度变化的频带特征,为桥梁结构、建筑工程结构构件中常用钢材疲劳过程的声发射监测及早期疲劳损伤程度的加剧提供参考依据.     

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。     

基于声发射检测技术的PE/PE自增强复合材料破损机理分析

用声发射(AE)技术研究了聚乙烯自增强复合材料的拉伸损伤与断裂行为.宽带传感器记录了不同角度纤维铺层的复合材料试样在拉伸破坏过程中的声发射信号,用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样的几种典型的损伤破坏断面,对比分析了不同类型的损伤机制.实验分析表明,拉伸过程中破坏机制对声发射信号的特征具有显著影响,不同损伤模式的信号频谱特征存在明显的差异.声发射检测能有效提取热塑性复合材料损伤破坏信息,在材料的结构损伤主动监测中有良好的应用潜力.     

基于声发射和双谱分析的铝合金损伤原位监测研究

以列车车体材料7N01铝合金为研究对象,基于声发射和数字图像技术对7N01铝合金三点弯曲损伤过程进行了监测,采用传统的声发射参数与双谱法分析了7N01铝合金裂纹萌生及失稳扩展的声发射特征。结果表明:声发射能量和质心频率可有效预报7N01铝合金微裂纹的萌生。声发射信号的双谱等高线图显示两个频率成分之间的耦合关系,使得识别7N01铝合金三点弯曲过程中的不同阶段变得相对容易。7N01铝合金试样缺口尖端的损伤演变过程的数字图像监测结果,验证了声发射能量和质心频率对裂纹萌生的预测。实验结果显示声发射监测技术为裂纹演变行为的预测提供了依据。