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预应力混凝土梁声发射信号能量衰减特征的试验研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 本课题研究背景

1.2 声发射技术研究现状

1.2.1 声发射技术的发展历程

1.2.2 声发射信号的传播衰减规律研究

1.3 目前混凝土材料声发射技术研究不足

1.4 本文主要研究内容

第二章 声发射技术基本原理

2.1 声发射仪器原理

2.2 声发射信号处理方法

2.3 声发射传播原理

2.3.1 波的传播模式

2.3.2 波的传播速度

2.3.3 波的传播衰减

2.4 声发射定位方法简介

2.5 声发射去噪方法简介

第三章 声发射试验仪器和试件

3.1 试验设备

3.1.1 声发射检测仪器

3.1.2 应变检测和加载设备

3.2 试件设计与制作

3.2.1 试件设计

3.2.2 试件制作

3.3 加载方式

3.4 试验过程

第四章 声发射信号能量衰减特征

4.1 能量的定义

4.2 断铅试验声发射信号的能量衰减

4.3 不同加载方式下的声发射信号能量衰减变化规律

4.3.1 直接加载

4.3.2 分段加载

4.4 噪声信号的衰减

4.4.1 试验噪声

4.4.1 车行噪声

4.5 本章小结

第五章 基于能量衰减的定位方法

5.1 声发射系统自带定位系统

5.2 能量辅助定位

5.2.1 能量定位公式

5.2.2 断铅试验

5.3 本章小结

第六章 全阶段多参数变化特征

6.1 特征参数相关性分析

6.2 不同加载方式全阶段参数变化特征

6.2.1 分段加载

6.2.2 直接加载

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文小结

7.2 研究展望

参考文献

致谢

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摘要

声发射检测技术作为新兴的动态无损检测技术,在土木工程界有着广泛的应用前景。针对钢筋混凝土构件损伤演化过程中声发射特点的研究是声发射检测技术实用化进程中的一个重要科学分支。由于钢筋混凝土材料内部的不均匀性,其声发射信号在材料内部传播过程中存在一定程度的变异和幅值衰减,这使得损伤源定位和损伤程度判断更加艰难。本文以波的传播规律为理论依据,在声发射试验数据的支撑下,对声发射能量参数的衰减进行了系统性研究,取得了一定的成果。
  本文采用北京声华科技有限公司生产的SAEU2S声发射检测仪器对预应力混凝土梁断铅试验和破坏全过程的声发射信号采集,获得了大量宝贵数据。以断铅试验数据为依据对突发型声发射信号的衰减进行了简单分析;以破坏全过程的声发射数据为依据对连续型声发射信号的衰减进行了分析,并指出了衰减特性随着破坏阶段的变化而产生的变化规律;通过对桥梁关键部位的噪声监测得到了声发射噪声衰减的简单结论。
  本试验采用了两种加载方式:直接加载与分段加载。直接加载时,预应力混凝土梁加载至破坏过程主要分为:微裂纹的形成,裂纹的发展,宏观裂纹的出现和断裂破坏四个阶段。筛选出每个阶段检测到的完整事件(规定时间内被四个传感器按一定的次序接收到)。通过指数函数模拟发现,能量参数呈现较好的指数衰减趋势。不同损伤阶段,声发射信号能量参数的衰减因子有一定的变化规律。不同强度的预应力混凝土梁的衰减因子也有所不同,但是整体的变化趋势保持一致。分段加载时衰减因子在下降过程中的突变点可以作为预应力混凝土梁将要损伤破坏的提示点。依据能量呈指数衰减的规律,研究不同距离的紧密与非紧密触碰噪声对声发射检测信号的影响。研究发现:非紧密接触类噪声对声发射检测没有影响。紧密触碰类噪声,随着噪声源离传感器的距离远到一定程度时也不会产生任何影响。
  根据能量呈指数衰减的变化趋势以及能量的定义,得出适合本试验的能量定位公式,并与系统自带定位方法进行对比,对比发现系统自带定位方法稳定性不高,而能量定位精确度较高,但是其对传感器的灵敏度一致性要求较高。
  通过参数相关性分析,发现持续时间、振铃计数、上升时间与能量参数具有高度的相关性。分析试件分段加载条件下四个特征参数:持续时间,上升时间,振铃计数,能量在各个加载段的变化图,研究发现每个参数的变化特征与试件损伤一一对应。直接加载时,能量参数对构件损伤预警效果较好。
  研究结果对于我们实际工程的检测具有一定的意义,对预应力混凝土梁的破坏预警提供一定的参考价值。

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