双差定位法在岩石声发射中的应用

开展红砂岩试件的单轴压缩试验,研究双差定位法在岩石声发射定位中的应用。通过CCD相机采集加载过程中的散斑图像,采用数字散斑相关方法计算得到岩石变形场,同时采集岩石声发射信号,并由岩石双差定位法计算得到声发射定位图,对岩石变形场演化及声发射的时空演化进行分析。结果表明:岩石双差定位法在声发射定位中的应用效果良好,定位得到的声发射事件区域与岩石变形场的变形集中区域的走向基本一致,且在加载过程中声发射事件区域的演变与变形场的演化契合良好。     

真三轴卸载试验中岩石的破裂特性（英文）

深埋地下工程围岩常出现板裂化破坏,而对于板裂破坏的机理尚不明确。考虑到工程开挖卸载的应力路径,即"卸载最小主应力,保持中间主应力,增大最大主应力",为了揭示中间主应力对岩石板裂破坏的影响,开展真三轴卸载岩石压缩试验。通过监测试验过程中岩石试件的声发射和红外热辐射特性,分析岩石板裂破坏的发生和发展。试验结果表明:随着中间主应力的增大,岩石的破坏模式逐渐由剪切破坏转变为板裂破坏。当中间主应力较小时,岩石的声发射为群震型;而当中间主应力较大时,岩石的声发射为主震型。在不同的中间主应力下,岩石的红外热辐射特性也不同。当中间主应力较小时,岩石试件的临空面上温度变化区域为剪切面,当中间主应力较大时,温度变化区域为岩石的整个临空面,进一步证明了岩石的破坏模式转变为板裂破坏。     

岩石力学试验中的声发射源定位技术

在岩石力学实验中，声发射源定位的研究方法，是实验室声发射研究的重要方面。在总结前人关于声发射源定位在实验硬件和定位算法两方面工作的基础上，从定位算法上着重分析了当前几种地震模拟岩石力学实验室声发射定位方法的利弊，指出了未来声发射定位方法可能的发展方向，并从定位算法上阐述了提高AE定位精度所必须克服的障碍。     

曲面层状介质考虑折射效应的声发射源定位（英文）

为了解决现有声发射源定位算法对多层曲面介质定位结果不准确的问题,提出一种新的考虑折射的声发射源定位算法。利用复合形算法求解得到声发射源坐标,采用断铅试验验证新算法的准确性。新算法定位结果的绝对距离误差小于3 mm,比传统算法有较大的提高。运用数值试验进行定位精度影响因素分析。结果表明,新算法的声发射源定位精度不受层状介质波速比的影响,但测量波速的准确性对定位精度有影响。这些均说明新算法能够在两层曲面介质比如常规三轴压缩测试中得到准确的声发射源位置。     

用分维研究采场顶板失稳的声发射过程

应用分形几何方法，对室内岩石试样及矿山顶板冒落前后的声发射参数进行了分析，寻求顶板冒落过程中声发射参数的分形特性，用分维来研究岩体失稳扔声发射规律。研究结果发现：采场顶板岩体冒落前的声发射参数（Ｃ、Ｅ）分布符合分形，不同类型的岩体虽然失稳前分维Ｄ大小不同，但表现出相同的规律性，即顶板处于相对稳定期时，分维值上升，当声发射参数达到临界状态时，分维值开始下降，分形维随岩体破坏的发展而减小，特别是最低的     

起重机箱形梁结构表面裂纹扩展的声发射特性

采用声发射技术监测带有表面焊接裂纹的箱形梁结构的三点弯曲试验。分析了箱形梁试件受载弯曲过程中裂纹扩展的声发射信号特征,比较了加载过程中不同载荷水平下定位源信号的声发射参数特征。研究发现,表面裂纹扩展的声发射信号为突发型信号,其幅度主要为45～60dB,频率主要分布在100～450kHz。试验结果表明,线定位方法可以对箱形梁试件中的裂纹缺陷进行准确定位。     

矿柱岩爆过程声发射的数值模拟

由损伤力学理论与微元强度统计理论，得到了岩石声发射参数与损伤参量的关系。应用自行开发的RFPA^2D程序对矿柱岩爆的物理过程进行了数值模拟，其结果再现了矿柱岩石微破裂诱致宏观破裂的演化过程以及和微破裂相关的声发射事件源的空间分布特征和事件序列特征。特别是考虑到材料非均匀性的影响，分析了不同粒度材料的模型产生不同岩爆模式的原因。同时研究了岩爆发生过程“平静期”和“损伤愈合”的特性以及在大的岩爆前有较小的声发射这种前兆出现的规律。     

铝电解用阴极炭块单轴压缩的声发射特性及破坏形态

对铝电解用三种阴极炭块试样进行了单轴压缩声发射试验,研究了不同阴极炭块在应力时程阶段的声发射特性。试验结果表明:在阴极炭块压实阶段,HC35试件采集到了能量较高的声发射振铃数,这是由于HC35试件内部的微裂纹较多;在弹性阶段,HC35和HC100试件出现了较强的声发射信号,振铃数较多,而SMH试件较少,说明SMH阴极炭块试件内部微裂纹较HC35和HC100试件要少,且闭合的微裂纹发展更稳定;在塑性阶段,当达到峰值应力时,三种阴极炭块的声发射信号参数均达到极大值;进入破坏发展阶段,试件发生宏观破裂,且宏观裂隙间的相互作用仍会持续产生一定的声发射信号。从而可以以声发射信号参数的跌落为判据,辨识阴极炭块是否已经破坏。接着数值模拟研究了单轴压缩时阴极炭块内裂纹由萌生、扩展直至失稳断裂全过程。数值模拟结果与阴极炭块的CT层析成像结果吻合很好,表明数值模拟能够再现阴极炭块的变形破坏形态,可以用于预测阴极炭块裂纹的动态演变过程。     

飞机蜂窝复合材料板压缩过程的声发射定位研究

声发射检测的主要目的是发现声发射源和有关源的信息,声发射源定位是声发射检测中至关重要的指标,其准确程度反映了声源的检测位置与实际缺陷源位置的符合程度。本研究针对复合材料的特性,结合实际情况进行了声速和衰减测量实验,并通过断铅实验对复合板进行声发射定位。通过对复合材料板压缩实验的在线监测,基于声发射信号参数的提取及关联图分析,给出了各损伤阶段的参数特征,以及声发射监测区域内的裂纹萌生扩展断裂的时间和位置。研究结果表明,复合板实际断裂位置与声发射监测得出的位置相吻合。     

防喷器材料在拉伸过程中的声发射信号特性

用声发射技术研究防喷器材料ZG25CrNiMo裂纹试件的拉伸损伤与断裂行为。声发射仪器记录了ZG25CrNiMo裂纹试件在拉伸破坏过程中的声发射信号,运用声发射参数分析方法和波形分析方法对zG25crNiMo裂纹缺陷试件的声发射数据进行分析,得出材料在拉伸过程中的损伤类型以及各阶段所呈现的特性。试验结果表明,拉伸过程中破坏机制对声发射信号的特征具有显著影响,不同损伤阶段的信号频谱特征存在差异。     

一种立方体监测网络的声发射源和微震源解析定位方法(英文)

通过选取合理的坐标原点及传感器位置简化声发射源定位方程, 得到声发射源或微震源三维定位方法的解析解。算例研究表明,对于传感器阵列内、外的声发射源事件, 解析方法定位结果完全与实际坐标一致;对于传感器阵列内的声发射源事件,传统方法略有误差,一般为 0.010.03m, 而对于传感器阵列外的微震源, 传统时差定位方法的定位误差很大,最大的达到 1080986 m;采用横截面为 100mm×98mm、长度为350mm 的花岗岩试样, 进行 5 次断铅定位实验,分别用传统方法和解析方法进行定位,结果发现在监测网络外的4个声发射事件, 解析定位的误差亦小于传统方法的定位误差。可见解析定位精度较传统方法有明显提高,最高可提高 17.61mm;利用解析解定位, 无需确定拟合初值和拟合迭代算法, 仅通过简单的四则运算即可定位,用常规的计算器或Microsoft Excel 即可求解。     

大坝混凝土动态弯拉声发射特性试验

为了研究大坝混凝土在不同加载速率下的弯拉声发射特性，并进一步理解不同加载速率下混凝土的损伤发展过程，在MTS试验机上以四种不同的加载速率进行了无开口湿筛混凝土梁的三弯点试验。结果表明，随着加载速率的提高，声发射撞击累计数减少，而撞击率峰值增加，低振幅（35-40 dB）的声发射信号所占比例有所增加，声发射振铃数、信号能量和持续时间的平均值都有提高的趋势；在低加载速率时，混凝土在破坏过程中产生较少数的微裂缝，其破坏机制受少数主要裂缝（跨中位置）控制，而在高加载速率时，微裂缝分布在较宽的范围之内。     

基于DISL方法的硬岩矿柱脆性破坏数值模拟

以板裂为表现形式的岩石脆性破坏行为是深埋硬岩岩体开挖卸荷造成的典型围岩破坏现象。在简要比较4种硬岩脆性破坏数值模拟方法的基础上,基于损伤启裂-板裂界限(Damage initiation and spalling limit,DISL)模型,借助FLAC^3D开展硬岩矿柱原位压缩及单轴压缩数值模拟,探讨DISL方法的适用性并进一步探究硬岩矿柱的脆性破坏过程及其特征。结果表明:原位压缩模拟中,当卸荷总时步大于某一临界数值时,矿柱两侧发生V形破坏,进而矿柱整体形成沙漏状;不同均质度下屈服破坏单元主要分布在V形破坏区内及周围,其分布范围受低围压区及张拉区范围的控制;V形剪切带主要以拉剪破坏为主,剪切带内部靠近矿柱边壁一侧,伴有张拉破坏单元;单轴压缩模拟中,峰后阶段矿柱两侧仍然产生V形破坏,并且张拉裂隙的形成范围受剪切带控制。     

声发射技术在热障涂层失效机理中的研究进展及展望

热障涂层（TBCs）具有优异的高温抗氧化、高温力学和抗热腐蚀性能而备受关注,广泛应用于航空发动机和燃气轮机热端部件中。热障涂层服役环境的恶劣和涂层体系结构的复杂,极易导致涂层发生界面分层或剥落失效,因此通过对热障涂层的裂纹萌生和扩展问题进行实时监测,对于失效机理研究显得尤为重要。简述光激发荧光压电光谱（PLPS）、红外热成像（IRT）、阻抗谱（IS）的原理及其在热障涂层失效行为研究中的应用,重点介绍声发射技术在热障涂层失效机理方面的研究成果。基于声发射的热障涂层失效过程的信号分析和深度处理,结合声发射技术在热障涂层中的参数分析和波形分析,对热障涂层失效过程及失效形态进行模式识别,通过损伤程度的定量评估来进行热障涂层的寿命预测。对声发射技术在热障涂层失效预测及寿命评估指明了方向,并创新性地对未来声发射技术在热障涂层的疲劳损伤方面研究趋势提出展望。     

基于HHT变换的声发射源平面定位方法

为了应对空间碎片的威胁,研制了一种基于声发射技术的用于实时监测空间碎片撞击航天器的在轨感知系统。对平面声发射源精确定位技术提出了需求。声发射信号属于非平稳随机信号,传统的小波变换无法充分获得其中携带的信息。利用HHT技术分析声发射信号波形,改进了AO模态到达时刻的确定算法,提高了线定位精度。在此基础上,将平面定位问题转化为求取函数最小值的优化问题,并利用单纯形法进行求解。在铝合金板上对铅芯折断波源进行了定位试验,结果表明,相对于小波变换,HHT更适于分析声发射信号;改进后的线定位方法和双时标法可有效应用于各向同性板的定位问题。研究结果为空间碎片在轨感知系统的研制提供了参考。     

Evaluation of long-term stability for rock slope by means of acoustic emission technique

Protections of rock slope are only conducted for a limited number of unstable slopes depending annually on the importance and the budget allocation. Accordingly the remaining unprotected slopes should be secured in one way or another until the protection is made. Evaluation of long-term rock stability becomes thus an urgent and important issue to assure infrastructures including public traffic and residential districts surrounding the slope. Rock failure is known as a transient failure process, whereas there might be a deformation process in which micro-scale fracture develops macro-scale fracture. Acoustic emission (AE) is a technique providing crucial information on a variety of fracture behavior as elastic waves, generated due to the deformation. In the paper, essential aspects when performing AE monitoring for evaluating rock slope stability are methodically described. A prospective method to install AE sensors into the rock slope (WEAD) is introduced, followed by a successful application using WEAD with the actual rock slope.