充填体受压全程应力应变声发射特性研究

利用RMT-150C岩石力学试验系统与声发射监测系统对纯尾砂胶结充填体试件进行了无侧限单轴压缩实验,分析出充填体受压破坏的5个阶段,单轴抗压强度和到达极限强度的应变值,试件受压所能承受的最大应变。发现声发射活动由平静到活跃,最后又趋于平静的现象,在失稳破坏阶段声发射活动最为活跃,探究了声发射活跃的内在原因,同时分析了此阶段大能量事件产生的同时出现短期稳压状态的问题。结合应力应变研究了纯尾砂胶结充填体受压全过程的声发射特性。     

不同灰砂配比胶结材料组合体声发射特性EI北大核心CSCD

充填体是多相复合水泥基材料,被广泛应用于矿山采空区充填。为研究充填体在覆岩作用下的破坏规律,利用单轴压缩声发射试验研究不同灰砂配比的组合充填体受压条件下的声发射特性和材料裂隙演化。结果表明:尾砂占比对组合充填体的声发射特性存在显著影响,在破坏过程中组合充填体的声发射活动由冷缝及软弱面主导,并在试样79%~88%应力峰值时,声发射参数具有显著下降趋势;组合充填体在应力峰值前,声发射能量波动剧烈,b值平稳上升;应力峰值过后,声发射能量降低,b值迅速上升且剧烈地上下波动。利用声发射参数的变化规律可为充填体的破坏进行预测。     

基于声发射不同骨料含量胶结充填体损伤过程试验研究

利用RMT-150C型岩石力学测试系统与PCI-2声发射仪,对纯尾砂、骨料质量分数20%及40%三种胶结充填体试样进行单轴压缩破坏声发射监测试验,研究了3种不同骨料含量胶结充填体力学特性以及基于累计声发射事件率的损伤演化特征。试验结果表明:含骨料试样破坏脆性特征更加明显,同时骨料含量的变化在一定程度上影响了胶结充填体承载损伤演化速度,对其承载能力有较大影响;纯尾砂试样与含40%骨料试样在峰值应力前不同阶段均出现不同幅度的声发射活跃现象,可作为矿山充填体声发射监测破坏预警的前兆信息;适量骨料的加入可起到提升充填性能的作用,但声发射事件率作为预警前兆信息则可能失效。     

基于灰色系统理论充填体强度预测模型及应用

块石胶结充填体抗压强度是矿山充填效果的一个重要指标,分析研究不同块石质量分数下的抗压强度值有利于指导矿山充填。根据室内单轴抗压试验得出的抗压强度值,基于灰色系统理论的GM(1,1)预测模型,得到了块石抗压强度的预测模型表达式及后验差比值0.4102和小误差概率0.8933。结果表明基于灰色系统理论的GM(1,1)预测模型得到的抗压强度表达式是合格的;根据预测模型强度变化规律,可以用于指导块石胶结充填法开采的优化骨料配比,从而提高经济效益。     

风电叶片复合材料在三点弯曲过程中的声发射研究

为研究风电叶片复合材料损伤破坏的声发射特性以及复合材料的力学性能,对含有纤维预断试件和无纤维预断的完好试件分别进行了三点弯曲力学性能试验,并在加载过程中采用声发射检测仪实时监测整个损伤破坏过程。对采集到的声发射信号处理分析,便可获得风电叶片复合材料的弯曲力学性能和损伤破坏的声发射特性。试验结果表明:玻璃纤维复合材料在弯曲载荷作用下出现典型的破坏特征包括纤维断裂、纤维/基体脱胶和纤维分层。纤维预断试件的声发射信号波形最高幅度达到2.5 V,频带分布在20~300 k Hz范围;无纤维预断试件的声发射信号波形最高幅度为0.07 V,频带分布在10~180 k Hz之间。     

凝结硬化期扰动对混凝土受压声发射特性的影响

为了解凝结硬化期间的扰动对混凝土损伤的影响,对处于初凝至终凝阶段的混凝土进行了模拟扰动试验,全程采集了受扰混凝土受压破坏过程产生的声发射信号。通过比较不同试件的声发射特征参数,研究了不同受扰龄期的混凝土在单轴受压条件下的声发射特性,并基于水泥混凝土结构形成动力学对受扰混凝土损伤机理进行了分析。结果表明:扰动使混凝土内部产生了不同程度的损伤,其中凝结硬化中期的扰动对混凝土性能影响较大,使混凝土峰值应力降低25.1%,损伤度达到14.2%,临近初凝和终凝的扰动对混凝土影响较小;与基准混凝土相比,受扰试件在加载初期声发射能量释放率较小,声发射活跃区间出现在加载后期。对于凝结硬化中期受扰的混凝土试件,在相对应力水平小于50%时,未采集到明显的声发射信号,此试件其声发射速率参数a值最小,过程参数b值最大。     

20~#钢拉伸过程的声发射信号频率特性分析

采用声发射(AE)测试技术对20#钢试件拉伸过程的声发射特性和声发射信号频率特性进行研究。得到不同拉伸阶段声发射信号幅值和累积撞击计数的变化规律,可以用来描述不同的拉伸阶段。声发射信号峰值频率具有较好的统计分布规律,可反映不同拉伸阶段的声发射信号频带分布特性。双谱分析方法更适合于声发射信号频率特征的识别,得到不同拉伸阶段声发射信号的双谱分布特征。     

单轴循环加卸载下磷块岩能量演化特征试验研究

为探究磷块岩在受力环境下的能量演化特征,对磷块岩试件开展了单轴循环加卸载试验,通过监测试件表面红外辐射和其内部声发射信号,分析磷块岩试件在受力过程中的能量演化规律,研究结果表明：磷块岩试件临近破坏时弹性应变能聚集速率进一步减缓,耗散能明显增大,而最高红外辐射值及声发射振幅呈急剧上升趋势;磷块岩在受力破坏过程中释放的热-声信号与其所在的应力环境具有良好的同步性,声发射与红外辐射存在同一阶段内波动方向相反、整体变化趋势相同的关系,加载过程中能量的累积-耗散-释放是声发射、红外辐射产生变化的内因。从能量演化的角度分析磷块岩在受力环境下的热-声相关性规律,可以从本质上揭示磷块岩在受力过程中的热-声信号的内在联系,为磷矿山的岩爆预警提供科学依据。     

钢纤维煤矸石混凝土受压损伤声发射特性试验研究

采用声发射技术,通过钢纤维掺量为0,0.5％,1％,1.5％的煤矸石混凝土单轴抗压试验,研究了钢纤维煤矸石混凝土受压损伤破坏与声发射特性参数之间的关系.依据声发射振铃计数,反演钢纤维煤矸石混凝土受压损伤全过程;根据钢纤维煤矸石混凝土受压释放的声发射能量定义损伤变量,建立损伤演化模型.研究表明:声发射特性参数与钢纤维煤矸石混凝土内部裂纹的形成、拓展和贯通有着密切的联系;依据钢纤维煤矸石混凝土受压声发射振铃计数,其破坏过程可近似概括为损伤累计,微裂缝发展,宏观裂缝发展3个阶段;依据声发射能量定义的损伤变量,建立的损伤演化模型,与试验数据符合较好,实现了用声发射特性参数,定量分析不同掺量钢纤维煤矸石混凝土的损伤.     

灰砂比对尾砂充填体峰后承载阶段损伤演化研究

针对不同灰砂比对充填体残余损伤阶段损坏演化进行了研究,首先在试验机上进行不同灰砂比的全尾砂胶结充填体单轴压缩试验,得到不同灰砂比充填体在破坏过程中的应力-应变曲线,再运用损伤力学理论得出不同灰砂比充填体的损伤本构方程及损伤演化方程。分析实验结果可知:随着灰砂比降低,全尾砂胶结充填体峰值应力对应的损伤值降低;随着灰砂比增大,充填体峰后损伤值增大,即加快了充填体的破坏,但达到一定比例时,充填体损伤增长率降低,此时灰砂比抑制了充填体的破坏,临界灰砂比在1∶4~1∶8。     

孔隙度变化对充填体动载冲击变形的影响

采用核磁共振仪测定不同浓度充填体试件在饱水状态下的孔隙度,并对充填体进行了动载冲击试验,结果表明:充填体的孔隙度与浓度存在关联,增加充填体的浓度可以有效减小其孔隙度;充填体处于弹性变形阶段时,孔隙度不同,其弹性模量也不同;充填体达到变形破坏时,屈服点应力值随孔隙度的增加而减小;而孔隙度越大,充填体达到变形破坏的时间越短,其峰值应力随孔隙度的增大而减小。     

干燥与饱水状态下岩石混凝土一体两介质损伤特征研究

基岩与其上的混凝土结构组成的一体两介质结构的力学性能直接影响到上部工程结构安全性与可靠性.为了探讨岩石混凝土一体两介质结构在干燥与饱水状态下的损伤力学行为,开展了干燥与饱水状态下岩石、混凝土和岩石混凝土一体两介质三种材料在单轴荷载条件下声发射试验研究.根据声发射事件数表征损伤变量与本构关系,对比分析了岩石混凝土一体两介质材料的变形、损伤破坏特征.结果表明:干燥与饱水状态下三种结构的声发射特性大体相似,可按材料变形将声发射事件分成压密阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段.在压密与弹性阶段,干燥一体两介质结构声发射特征与岩石类似,撞击数出现小幅阶跃现象,声发射能量极少甚至没有,饱水一体两介质结构撞击数很少且没有出现明显的阶跃现象,声发射能量与干燥状态下一致;在塑性与破坏阶段,干燥一体两介质结构撞击数随着应力增大而逐渐增加,声发射特征与混凝土相似,并且撞击数峰值介于构成其结构的两种材料之间.饱水一体两介质结构撞击数峰值相比应力峰值稍稍滞后一点,一体两介质结构没有出现明显的脆性而是偏延性破坏,其声发射撞击数与能量计数出现两个单峰,分别对应着两次大的破坏;三种材料的声发射撞击数峰值与能量计数峰值相比于应力峰值具有滞后现象.     

胶结充填体受压性能的非均质细观损伤研究

基于细观力学,以灰砂比1∶8、料浆质量分数70%的尾砂胶结充填体为研究对象,建立满足Weibull统计分布规律的细观损伤演化方程和细观损伤本构方程,分析了不同均质度条件下的应力-应变曲线,并与实验曲线进行了比较。结合细观尺度破坏的数值计算,研究了胶结充填体细观损伤破坏机制。研究结果表明:建立的细观力学模型能够揭示充填体单轴条件下细观破坏机制;尾砂胶结充填体是一种低均质度的多项介质材料,峰值应力前具有明显的非线性特征,峰后残余应力具有持续降低特性;充填体的破坏是由细观单元损伤破坏导致的。     

LY12铝合金试件拉伸声发射信号特征分析与状态识别

以高强度硬铝LY12为研究对象,利用声发射试验系统研究拉伸铝合金试件在弹性、屈服、塑性变形和断裂阶段的声发射信号特征,揭示了试件状态与声发射信号特征间的关系。同时对保压和重复加载典型工况进行独立试验,分析不同工况下声发射信号的规律。试验结果表明:LY12铝合金试件状态与声发射信号特征之间存在着良好的对应关系。     

不同围压黄砂岩强度与峰值频率特征

为明确工程建设中黄砂岩变形力学特性,本文采用RMT岩石力学试验系统和DS声发射信号分析系统对黄砂岩进行了巴西劈裂、单轴压缩和三轴压缩试验,详细分析了黄砂岩变形、强度、声发射峰值频率与宏观破裂特征.研究表明:随着围压增大,黄砂岩弹性阶段增加显著,峰后破坏几乎直线下降,表明黄砂岩为典型脆性岩体;拟合试验数据获得黄砂岩线性Mohr-Coulomb、非线性Hoek-Brown和指数强度准则,并指出Hoek-Brown准则表达黄砂岩强度变化规律最优,对抗拉强度预测误差最小;劈裂破坏出现单一峰值频率带,在破坏峰值前峰值频率降低,单轴压缩为2个主峰值频率带,在破坏峰值前变为4个主峰值频率带,劈裂和单轴压缩高频带在同一范围;三轴压缩出现2个峰值频率带,明显低于单轴时峰值频率带频率,在屈服阶段后期峰值频率变宽,不存在明显频率带,围压对2个峰值频率带频率大小没有影响,可将破坏峰值前峰值频率带变宽和变多的特征作为黄砂岩破坏的先兆信息.黄砂岩单轴压缩发生典型张剪复合破坏,破碎严重,三轴发生剪切破坏形式,破裂面单一,随着围压增大破裂角减小.     

不同含水率纯尾砂胶结充填体强度及损伤模型分析

以某金属矿山尾砂、水泥制备成的纯尾砂胶结充填体为研究对象,利用RMT-150C型液压伺服控制系统、传感器采集系统,通过单轴压缩方式进行不同含水率充填体试样变形破坏过程强度试验.试验结果表明:完全干燥状态的试样强度最大,不同含水率对充填体的强度具有明显影响,含水率越高,单轴抗压强度越低.在弹性阶段,水对充填体试样的弹性模量有很大的影响,干燥状态脆性较大,曲线斜率较大,而含水后出现明显软化;水的作用降低了粒间的黏聚力和摩擦力;单轴抗压强度与含水率的定量关系呈多项式下降.不同含水率充填体具有不同损伤特性,水对干燥充填体损伤发展有抑制作用,但含水充填体含水率的增加会促进损伤发展.     

基于声发射的大理岩破坏模式研究

不同围压条件下大理岩破坏模式不同,这种破坏模式的差异可以通过压缩试验过程中的声发射特性进行研究。利用超声波波速选取离散型较小的大理岩试件开展三轴压缩试验,结合声发射试验对不同围压下大理岩的声发射特性进行研究。结合声发射特征和应力-应变曲线对三轴加载过程中大理岩破坏模式进行了分析。研究结果表明,随着围压的升高,应力-应变曲线的脆性跌落程度逐渐降低,扩容起点对应的体积应变和轴向应变均逐渐增大。声发射在大理岩体积扩容前计数较小,能量很低,在体积扩容后声发射累计能量和累计计数急剧升高,裂纹不断发展,最终导致试件破坏。随着围压的升高,最大声发射幅值、累计能量、累计计数均逐渐降低,试件的脆性减弱,破坏模式向延性转变。     

金属/复合材料柱壳胶接头扭转声发射行为

采用声发射技术对扭转加载作用下金属/玻璃纤维复合材料柱壳试件的破坏损伤全过程进行实时监测,通过实验方法与数值分析共同研究螺栓以及壳体尺寸对柱壳试件胶接接头损伤破坏的扭转特性及其声发射响应特征的影响。结果表明,柱壳试件的扭转加载曲线基本表现为线性,主要的失效模式为内聚破坏且伴随着纤维断裂和基体开裂。增大螺栓直径,能有效增强金属/玻璃纤维复合材料柱壳的抗扭性能。柱壳试件的损伤破坏与其声发射信号的相关参数相对应,较大螺栓直径的柱壳试件损伤破坏对应着较高的声发射幅度、相对能量、持续时间和较多的撞击累计数。因此,可将声发射信号的动态变化特征作为风电叶片叶根结构安全评估的重要依据。     

单向0°FRP混杂拉伸试件的声发射研究

用不同的碳纤维含量(0.3、0.5、0.7)不同的混杂方式(层内、层间混杂方式)的6组0~0碳/玻璃混杂纤维试件(共18个)进行拉伸试验,并监听整个试件破坏过程中的声发射活动、试验表明:(1) 声发射是监测试件从开始受载到最后破坏整个过程的好方法,可为FRP设计提供用有用的参数:(2) 混杂纤维试件产生的声发射总数及各种不同载荷永平的幅度分布与该试件碳纤维含量关系密切,碳纤维含量越低(玻璃纤维含量高)声发射总数越大,声发射事件的幅度越高;碳纤维含量相同时,混杂方式不同的试件在第一次载荷降低时,层内试件超过40db的AE事件幅度高、数量多,层问试件的AE事件幅度数量少,这种现象随碳纤维含量增大逐渐变得不明显。     

304不锈钢压力容器声发射检测试验研究

为了研究304不锈钢压力容器声发射特性,对含裂纹缺陷304不锈钢压力容器进行了声发射检测试验研究,通过参数和波形分析方法对声发射信号及缺陷定位情况进行了分析。研究结果表明304不锈钢容器裂纹扩展产生的声发射信号幅度较低,信号峰值频率主要分布在150KHz,缺陷定位不明显。研究结果对304不锈钢压力容器声发射现场检测具有一定参考意义。