声发射技术在土木工程中的应用
混凝土声发射检测技术的研究
混凝土声发射检测技术的研究一、引言混凝土声发射检测技术是一种检测混凝土结构中微裂纹和损伤的非破坏性检测方法，广泛应用于桥梁、隧道、水坝、大型建筑等重要工程结构中。
本文将着重阐述混凝土声发射检测技术的原理、设备和应用，并对其现有的问题和发展趋势进行探讨。
二、原理混凝土声发射检测技术是利用混凝土结构内部的应力变化引起的微小裂纹和损伤在结构表面产生的声波信号进行检测的一种方法。
其基本原理为当混凝土结构内部发生微小裂纹和损伤时，由于应力的突然释放，会产生一种瞬间的声波信号，称为声发射信号。
这种声波信号的频率通常在几千赫兹到几十千赫兹之间，其幅度和持续时间取决于裂纹或损伤的大小和位置。
三、设备混凝土声发射检测设备通常由传感器、信号放大器、数据采集系统和计算机软件组成。
其中传感器是检测声发射信号的核心部件，通常采用压电传感器或电容传感器。
信号放大器用于放大传感器采集到的微弱信号，以保证信号的准确性和稳定性。
数据采集系统负责采集和记录声发射信号的相关参数，包括幅度、频率、持续时间等。
计算机软件则用于分析和处理采集的数据，以确定混凝土结构中的裂纹和损伤位置、大小和数量等。
四、应用混凝土声发射检测技术广泛应用于桥梁、隧道、水坝、大型建筑等重要工程结构中，以检测结构中潜在的裂纹和损伤，及时进行维修和加固，保证结构的安全和可靠性。
具体应用领域包括以下几个方面：1.桥梁检测：桥梁是道路交通的重要组成部分，其安全性直接关系到人们的生命财产安全。
混凝土声发射检测技术可以检测桥梁中的微裂纹和损伤，及时发现并进行修补，保证桥梁的安全可靠。
2.隧道检测：隧道是重要的交通基础设施，其安全性直接关系到人们的生命财产安全。
混凝土声发射检测技术可以检测隧道中的微裂纹和损伤，及时发现并进行修补，保证隧道的安全可靠。
3.水坝检测：水坝是重要的水利工程，其安全性直接关系到人们的生命财产安全。
混凝土声发射检测技术可以检测水坝中的微裂纹和损伤，及时发现并进行修补，保证水坝的安全可靠。
混凝土损伤检测声发射技术应用研究
混凝土损伤检测声发射技术应用研究一、本文概述本文旨在探讨声发射技术在混凝土损伤检测中的应用研究。
混凝土作为一种广泛使用的建筑材料，其结构的完整性和安全性对于保障建筑物长期稳定运行具有重要意义。
然而，由于混凝土材料本身的复杂性和使用环境的多变性，混凝土结构的损伤问题时有发生。
因此，如何准确、有效地检测混凝土损伤，成为了土木工程领域亟待解决的关键问题之一。
声发射技术作为一种无损检测技术，具有灵敏度高、实时性强、适用范围广等优点，近年来在混凝土损伤检测领域受到了广泛关注。
本文首先介绍了声发射技术的基本原理及其在混凝土损伤检测中的应用背景，然后详细阐述了声发射技术在混凝土损伤检测中的具体应用方法和技术流程，包括声发射信号的采集、处理和分析等方面。
在此基础上，本文进一步探讨了声发射技术在混凝土损伤检测中的优势与局限性，分析了影响声发射检测效果的关键因素，并提出了相应的改进措施和建议。
通过实例分析，验证了声发射技术在混凝土损伤检测中的有效性和可靠性，为实际工程应用提供了有益的参考和借鉴。
本文的研究不仅有助于推动声发射技术在混凝土损伤检测领域的深入应用和发展，也为提高混凝土结构的安全性和耐久性提供了有力的技术支持和保障。
二、声发射技术原理声发射（Acoustic Emission，AE）技术是一种通过检测和分析材料内部应力波传播来评估其损伤状态的无损检测技术。
其基本原理在于，当材料受到内部或外部应力作用时，如果内部存在裂纹、空洞或其他形式的损伤，这些损伤会在应力作用下扩展或重新激活，同时释放出瞬态弹性波。
这些弹性波以声发射信号的形式传播至材料表面，通过专门的声发射传感器捕捉并转换为电信号，进而通过信号处理和分析系统提取出有关损伤的信息。
声发射技术的主要优势在于其能够实时、动态地监测材料在受力过程中的损伤演化情况。
与传统的无损检测技术相比，声发射技术不需要对材料进行预处理或后处理，也不需要在材料表面施加外部激励，因此更适合用于在役结构的健康监测和损伤评估。
《2024年声发射技术识别钢筋混凝土破坏行为研究》范文
《声发射技术识别钢筋混凝土破坏行为研究》篇一一、引言钢筋混凝土结构是现代建筑中最常用的结构之一，具有较高的强度和耐久性。
然而，由于材料老化、环境影响和外部荷载等因素的影响，钢筋混凝土结构可能会出现破坏。
因此，对钢筋混凝土破坏行为的准确识别和监测显得尤为重要。
声发射技术作为一种有效的无损检测方法，在钢筋混凝土结构破坏行为的识别和监测中发挥着重要作用。
本文将探讨声发射技术在识别钢筋混凝土破坏行为中的应用及研究进展。
二、声发射技术概述声发射技术是一种通过检测材料内部裂纹扩展过程中产生的应力波来分析材料性能的技术。
在钢筋混凝土结构中，当混凝土内部出现裂纹扩展、钢筋与混凝土之间的粘结失效等破坏行为时，会产生声发射信号。
通过捕捉和分析这些声发射信号，可以评估钢筋混凝土结构的健康状况和预测破坏行为。
三、声发射技术在钢筋混凝土破坏行为识别中的应用1. 信号采集与处理：利用声发射传感器采集钢筋混凝土结构在受力和破坏过程中的声发射信号。
通过对信号进行滤波、放大和数字化处理，提取出有用的信息。
2. 特征参数分析：根据声发射信号的特征参数，如振幅、频率、持续时间等，分析钢筋混凝土结构的破坏行为。
例如，通过分析声发射信号的能量分布，可以判断混凝土内部的裂纹扩展情况；通过分析声发射信号的频率特性，可以评估钢筋与混凝土之间的粘结状况。
3. 模式识别与机器学习：利用模式识别和机器学习技术对声发射信号进行分类和识别。
通过训练模型，实现对不同破坏行为的自动识别和预测。
4. 实时监测与预警：将声发射技术应用于钢筋混凝土结构的实时监测中，通过对声发射信号的实时分析，实现对结构破坏行为的早期预警，为结构安全提供保障。
四、研究进展与成果1. 理论模型研究：针对钢筋混凝土结构的破坏行为，建立了一系列声发射理论模型，为实际应用提供了理论依据。
2. 实验研究：通过大量的实验研究，验证了声发射技术在识别钢筋混凝土破坏行为中的有效性。
实验结果表明，声发射技术可以有效地监测钢筋混凝土结构的破坏过程，预测结构的承载能力和使用寿命。
基于声发射技术的混凝土裂缝扩展实时监测研究
基于声发射技术的混凝土裂缝扩展实时监测研究一、前言混凝土结构具有强度高、耐久性好、易于成型等优点，因此在建筑、桥梁、隧道、水利等领域广泛应用。
但是，混凝土结构在使用过程中可能会出现裂缝，对结构的强度和耐久性产生负面影响。
因此，混凝土结构裂缝的监测和预警非常重要。
本文将介绍一种基于声发射技术的混凝土裂缝扩展实时监测方法。
二、声发射技术声发射技术是一种利用材料内部微小的局部损伤所产生的声波进行监测的技术。
当材料发生微小的裂纹、疲劳损伤、塑性变形、断裂等现象时，会产生弹性波或超声波，这些波会通过材料中的固体、液体或气体传播，并在材料表面或内部被接收器接收到。
接收器将接收到的信号转换成电信号，并通过信号处理技术进行分析和判断。
声发射技术具有以下优点：1. 可以实时监测材料内部微小的局部损伤，包括裂纹、疲劳损伤、塑性变形、断裂等现象。
2. 监测结果准确可靠，不受材料厚度、形状、温度等因素的影响。
3. 监测设备简单，易于安装和使用。
4. 可以对材料的损伤程度进行定量评估。
三、基于声发射技术的混凝土裂缝扩展实时监测方法基于声发射技术的混凝土裂缝扩展实时监测方法主要包括以下步骤：1. 安装接收器和传感器在混凝土结构的表面或内部安装接收器和传感器。
接收器负责接收传感器产生的声波信号，传感器负责产生声波信号。
2. 施加载荷对混凝土结构施加一定的载荷。
载荷可以是静载荷或动载荷，可以是单点载荷或均布载荷。
3. 监测信号在施加载荷的过程中，接收器会接收到传感器产生的声波信号。
监测这些信号可以得到混凝土结构内部的裂缝和裂缝扩展情况。
4. 信号处理对监测到的声波信号进行信号处理。
信号处理包括滤波、增强、峰值检测、能量分析等步骤。
信号处理的目的是提取有用的信号信息，去除噪声干扰，准确判断裂缝的位置和裂缝扩展的情况。
5. 分析结果对处理后的信号进行分析和判断。
分析结果可以得到混凝土结构内部裂缝的位置、长度、方向、深度等信息，可以对裂缝扩展情况进行预测和预警。
声发射技术在土木工程中的研究进展陈强
声发射技术在土木工程中的研究进展陈强发布时间：2023-07-02T06:00:12.506Z 来源：《建筑实践》2023年8期作者：陈强[导读] 声发射技术是一项应用较为广泛的土木工程灾害检测技术，本文介绍了声发射基本概念和原理，对声发射技术相关文献进行总结，介绍声发射定位技术常用的定位算法，综述了声发射参数和力学参数之间的关系，总结了声发射在土木工程中的应用现状和研究进展，最后提出了一些声发射技术的需要进一步研究的问题。
重庆交通大学土木工程学院重庆 400041摘要：声发射技术是一项应用较为广泛的土木工程灾害检测技术，本文介绍了声发射基本概念和原理，对声发射技术相关文献进行总结，介绍声发射定位技术常用的定位算法，综述了声发射参数和力学参数之间的关系，总结了声发射在土木工程中的应用现状和研究进展，最后提出了一些声发射技术的需要进一步研究的问题。
关键词：混凝土；声发射技术；结构损伤；土木工程众所周知，混凝土结构损伤主要是其老化和病变引起，混凝土结构在运营期间的出现的细微损伤是很难检测的，为了合理评价混凝土状况，同时为加固、修复、改建等提供基本参数信息和设计依据，需要对混凝土结构的损伤进行评价，确定受损位置、受损程度及受损形状，正确评价混凝土结构的力学性能。
利用声发射系统，通过分析声发射信号，就可以定性或定量地评价出结构的损伤程度，声发射作为一种探测混凝土结构内部损伤的重要手段，在土木工程在有较为广泛的应用，声发射技术能够实现判定混凝土曾经承受的最大应力历史和动态评估混凝土损伤程度等目标，声发射技术是一种实时检测材料在应力作用下变形行为的一种无损检测技术，应用声发射技术可以对结构的”动态”缺陷进行检测和定位，以评定结构的完整性，从而避免结构发生灾难性的破坏，声发射事件定位是声发射研究的核心技术。
本文在对相关文献归纳和总结的基础上，首先介绍声发射技术概念和基本原理，然后针对声发射技术在土木工程中的应用现状和研究成果进行综述，最后介绍了声发射技术的定位技术的研究，对该领域的研究热点和需要进一步研究的关键问题进行归纳和总结。
声发射技术在土木工程中的应用
声发射技术在正交异性钢桥面板疲劳损伤监测中的应用展望目录声发射技术在正交异性钢桥面板疲劳损伤监测中的应用展望 (3)1.声发射技术及其原理 (3)2.声发射信号的特点 (4)2.1Kaiser效应 (4)2.2金属破坏过程中的声发射 (4)3.声发射在土木工程中的应用 (6)3.1声发射在岩土领域的应用 (6)3.2声发射在结构领域的应用 (7)3.3声发射在桥梁结构中的应用 (7)4.桥梁结构高周疲劳理论 (8)5.声发射在桥梁结构疲劳监测中的应用 (9)6.现有研究的不足及展望 (12)声发射技术在正交异性钢桥面板疲劳损伤监测中的应用展望1.声发射技术及其原理声发射技术（Acoustic Emission Technique）作为一门检测技术起步于20 世纪50 年代的德国，开始应用于材料研究最早在工程材料方面对声发射进行研究的当属1941年的Obert 和1942年的Hodgson,他们不仅提出了声发射检测的基本思想,而且研究了发现破裂点的定位技术,并想据此确定岩石中的最大应力区[1]。
在60 年代开始应用于无损检测领域。
我国则于70 年代开始应用声发射技术。
声发射检测技术已广泛应用于石油化工工业、电力工业、材料及力学方面的研究、汽车工业、民用工程、航空航天、金属加工、焊接质量检测与监控等领域[2-3]。
固体物质在外界条件(机械载荷、温度变化等)作用下,其内部将产生局部应力集中现象。
由于应力集中区的高能状态是不稳定的,它必将向稳定的低能状态过渡,在这一过渡过程中,应变能将以弹性波的方式快速释放,即声发射现象。
各种材料的声发射范围很宽,从次声频、声频到超声频,所以声发射有时也称为应力波发射(Stress wave emission)。
在地质上有时称为微震(Microseismic)。
声发射是一种非常普遍的物理现象,大多数金属材料和几乎所有的岩石在塑性变形和断裂时都有声发射发生。
在外部条件作用下，材料或零部件的缺陷或潜在缺陷图 1 声发射监测原理改变状态而自动发出瞬态弹性波的现象亦称为声发射。
论声发射技术在土木工程中的应用
论声发射技术在土木工程中的应用【摘要】本文通过介绍声发射技术的概念、原理、以及在土木工程中的应用，说明声发射技术的发展前景和在业内的重要作用。
声发射技术以及在很多方面得到了重用，但是相继也出现了一些在应用上的现状问题。
【关键词】声发射技术；土木工程；应用一、前言随着时代的变迁，声发射技术已经在土木工程建筑中得到了广泛的应用，声发射技术是一种最新型的检测技术，本文首先将介绍声发射的定义和声发射技术的工作原理，然后会具体分析声发射技术在土木工程中的具体作用。
二、声发射技术的概念声发射(Acousticemission 简称AE)又称应力波发射，是材料或零部件受力作用产生变形、断裂，或内部应力超过屈服极限而进入不可逆的塑性变形阶段，以瞬态弹性波形式释放应变能的现象。
这种弹性波以声波形式存在，频率范围很宽包括数赫兹到数兆赫兹，如果能量足够大，并且频率集中在声音频段内，则可以被人耳所听见。
诸多原因可以产生声发射，如材料裂纹、断裂、应力再分配、撞击及摩擦等。
三、声发射的基本原理声发射检测的原理，从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移，这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后再被放大、处理和记录。
固体材料中内应力的变化产生声发射信号, 在材料加工、处理和使用过程中有很多因素能引起内应力的变化，如位错运动、孪生、裂纹萌生与扩展、断裂、无扩散型相变、磁畴壁运动、热胀冷缩、外加负荷的变化等等。
人们根据观察到的声发射信号进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。
一般而言，对超标声发射源，要用其它无损检测方法进行局部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。
四、声发射技术在在土木工程中的应用1、声发射技术原理Kaiser效应是德国学者Kaiser在1963年研究金属声发射特性时发现的,材料被重新加载期间,在应力值达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号,也就是说,岩土体在受荷载作用时引起内部微裂纹的产生、发展、错位、颗粒界面的移动、破坏等都会产生声发射;岩体声发射的频次、多少、激烈程度岩土体的破坏过程密切相关,岩土体破坏愈严重,岩体声发射频次愈高,释放能量愈大,因此,通过岩土体声发射频次、能量等有关指标在一定程度上反映了岩体结构特征及其破坏过程,这是声发射技术在岩土工程应用的主要依据。
混凝土材料声发射技术研究综述的实验方法总结
混凝土材料声发射技术研究综述的实验方法总结混凝土材料声发射技术研究综述的实验方法总结引言：混凝土是一种广泛应用的材料，其常见用途包括建筑结构、道路和桥梁等建设工程。
在使用过程中，混凝土可能会因为各种原因而发生损伤，例如氧化、腐蚀、疲劳等。
为了及时识别混凝土结构中的损伤，声发射技术被广泛应用于混凝土材料的监测与检测。
本文将对混凝土材料声发射技术的研究方法进行综述，介绍声发射技术的原理、实验方法和应用。
一、声发射技术的原理声发射技术是一种基于材料内部的微小损伤所产生的声波信号的监测方法。
当混凝土结构发生损伤时，其内部的应力会产生微小的裂纹和破损，这些损伤会产生高频声波信号，被称为声发射事件。
声发射技术通过接收这些声波信号，并分析其特征参数，从而判断混凝土结构是否发生损伤。
二、实验方法1. 实验设备声发射技术的实验设备主要包括声发射传感器、信号放大器、数据采集器等。
声发射传感器用于接收声波信号，信号放大器用于放大信号，数据采集器用于存储和分析信号。
2. 实验流程(1) 准备工作在进行声发射实验之前，需要对混凝土结构进行检查和准备工作。
检查工作包括对混凝土结构进行目测检查和探伤检查，以确定损伤的位置和程度。
准备工作包括清洗混凝土表面、安装传感器、调试设备等。
(2) 实验过程在实验过程中，需要对混凝土结构施加一定的载荷，以产生损伤。
载荷可以通过振动、压力等方式产生。
在施加载荷的同时，声发射传感器将接收到的声波信号传输到信号放大器中，信号放大器将信号放大后传输到数据采集器中。
在数据采集器中，对接收到的信号进行存储和分析，以判断是否发生损伤。
(3) 数据处理在实验结束后，需要对采集到的数据进行处理。
数据处理包括对信号进行滤波、去噪、分析等操作，以确定声发射事件的位置、数量和特征参数。
三、应用声发射技术广泛应用于混凝土结构的监测和检测，其主要应用包括以下几个方面：1. 混凝土结构的损伤检测声发射技术可以检测混凝土结构中的微小损伤，包括裂纹、疲劳等。
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声发射技术在正交异性钢桥面板疲劳损伤监测中的应用展望目录声发射技术在正交异性钢桥面板疲劳损伤监测中的应用展望 (3)1.声发射技术及其原理 (3)2.声发射信号的特点 (4)2.1Kaiser效应 (4)2.2金属破坏过程中的声发射 (4)3.声发射在土木工程中的应用 (6)3.1声发射在岩土领域的应用 (6)3.2声发射在结构领域的应用 (7)3.3声发射在桥梁结构中的应用 (7)4.桥梁结构高周疲劳理论 (8)5.声发射在桥梁结构疲劳监测中的应用 (9)6.现有研究的不足及展望 (12)声发射技术在正交异性钢桥面板疲劳损伤监测中的应用展望1.声发射技术及其原理声发射技术（Acoustic Emission Technique）作为一门检测技术起步于20 世纪50 年代的德国，开始应用于材料研究最早在工程材料方面对声发射进行研究的当属1941年的Obert 和1942年的Hodgson,他们不仅提出了声发射检测的基本思想,而且研究了发现破裂点的定位技术,并想据此确定岩石中的最大应力区[1]。
在60 年代开始应用于无损检测领域。
我国则于70 年代开始应用声发射技术。
声发射检测技术已广泛应用于石油化工工业、电力工业、材料及力学方面的研究、汽车工业、民用工程、航空航天、金属加工、焊接质量检测与监控等领域[2-3]。
固体物质在外界条件(机械载荷、温度变化等)作用下,其内部将产生局部应力集中现象。
由于应力集中区的高能状态是不稳定的,它必将向稳定的低能状态过渡,在这一过渡过程中,应变能将以弹性波的方式快速释放,即声发射现象。
各种材料的声发射范围很宽,从次声频、声频到超声频,所以声发射有时也称为应力波发射(Stress wave emission)。
在地质上有时称为微震(Microseismic)。
声发射是一种非常普遍的物理现象,大多数金属材料和几乎所有的岩石在塑性变形和断裂时都有声发射发生。
在外部条件作用下，材料或零部件的缺陷或潜在缺陷图 1 声发射监测原理改变状态而自动发出瞬态弹性波的现象亦称为声发射。
由于这种声发射弹性波能反映出材料的一些性质，故采用检测声发射信号的方法，可以判断材料或设备的某种状态。
运用仪器检测、记录、分析声发射信号，并利用声发射信号诊断发射源状态的技术称为声发射检测技术。
声发射检测技术是一种动态无损检测方法，它可以对检测对象进行实时监测，且检测灵敏度高。
此外，几乎所有材料都具有声发射特性，所以声发射检测不受材料限制，且不受检测对象的尺寸、几何形状、工作环境等因素的影响。
[4]2.声发射信号的特点2.1Kaiser效应1950年,德国科学家Kaiser发现受单向拉伸力作用的金属材料,只有当应力达到材料所受过的最大先期应力时,才会有明显的声发射(AE)出现,这就是著名的Kaiser效应[5]。
Kaiser效应是材料在重复加载过程中出现的一种声发射异常现象。
它表明岩石具有“记忆”其应力历史的能力。
自从德国人J·Kaiser在1953年发现了金属材料的Kaiser效应以后,人们对岩石是否也表现出Kaiser效应的问题,一直持两种截然相反的意见。
甚至1975年在美国举行的第一次地质结构与材料声发射学术讨论会上,对此也没有取得一致意见。
但就在这次会议后不久,金川忠、林正夫等人报告了他们对凝灰岩的Kaiser效应的研究,以及利用这一效应确定岩石试件先前所受的最大应力的试验结果。
到目前为止,已在几十种岩石中发现了Kaiser效应的存在,并提出了各种利用Kaiser效应测定地应力的方法。
材料在长期应力的作用下,由于蠕变裂纹的扩展,使某些晶粒损伤,导致晶粒的强度降低.因而在室内试验中,单轴压缩应力使强度降低的晶粒断裂开始产生声发射,此时所对应的应力为σ0,由于丙值小于地应力,显然σ0不能作为Kaiser效应应力.一旦施加的应力达到Kaiser效应应力水平,微裂纹开始扩展,晶粒大量断裂,声发射急增出现突变点,即在N−σ曲线上出现拐点,−σ图上脉冲群出现峰值.这样,我们可以对岩石声发射的Kaiser效应机理做如下解释:岩在dNdt石在长期地应力作用下,其本构物理关系渐趋稳定,其相应的a0及m值都为定值,故Kaiser效应所对应的应力[6]。
2.2金属破坏过程中的声发射金属材料在外力的作用下,材料内部形成应力场,并产生相应的应变。
外力增大时,应力和应变也随之变大,此时材料处于高能量状态,是不稳定的。
塑性形变和断裂是材料在不同阶段松弛应力的两种主要方式,其释放出的一部分能量以应力波的形式进行传输,形成声发射。
图2是典型的低合金钢在形变时的声发射信号,在屈服极限附近,声发射信号出现峰值,塑性变形的声发射主要是局部变形的不均匀性和微观屈服引起的。
滑移和孪生是金属材料塑性变形的两种主要方式。
滑移引起的声发射信号是连续性的,而孪生引起的声发射信号是突发性的。
在加工硬化阶段,由于位错密度大大提高,降低了位错的可移动性,声发射的活动性也随之降低。
大部分金属材料的声发射具有Kaiser效应。
但是, Kaiser效应一般不是永久的,在第二次加载以前,将试样搁置足够长的时间,或者预先经过加热处理,那么在达到前次最大载荷之前就会产生声发射。
影响塑性形变声发射的首要因素是材料的本质,即材料的成分及组织结构。
例如非金属夹杂物或第二相粒子会明显增加形变时的声发射信号,在多晶材料中,晶粒的大小、均匀性、晶粒的取向也影响其声发射信号。
其次,加载条件,结构件几何形状都对材料的塑性形变有影响,从而影响金属的声发射特征。
[7]图 2 典型的低碳钢应力-声发射曲线在材料的断裂过程中,影响因素很多,在不同的断裂条件下,声发射信号特征有很大的差异。
高强度钢受载时,裂纹尖端形成塑性区,产生声发射,裂纹扩展,声发射活动性增加,并产生振幅较大的信号(> 60dB)。
而超高强度钢一直到最终断裂前也只产生少数的AE事件,这是由于该材料的裂纹扩展量小,抑制了声发射的活动性。
后者的声发射特征是令人遗憾的,因为可用作预报的声发射事件数少,而断裂往往是突发性的,所幸的是这种材料断裂的AE事件有较大的振幅(> 60dB),是比较容易检测到的。
高断裂韧性材料在平面应力条件下,通常以微孔聚合形式发生断裂,裂纹尖端塑性区的形成和裂纹的稳态扩展会产生声发射。
但由于材料韧性高,声发射事件振幅小,往往使AE检测发生困难。
在高韧性材料中,非金属夹杂物对AE特征有相当大的影响[8],非金属夹杂物界面的破坏和夹杂物的断裂使声发射活动性加大,声发射事件振幅也增大,从而增大了材料的声发射可检测性。
2.3声发射在岩土领域的应用采场稳定性是影响矿山安全生产的关键性问题,矿岩的局部冒落、矿柱的突然失稳是造成矿山伤亡事故的主要原因。
据初步统计,此类伤亡事故约占国内矿山伤亡事故的40%,1994年在湖北省超过了50%。
因而对这类事故进行监测和预报就有极高的经济意义和社会意义。
长沙矿山研究院曾在云锡公司老厂锡矿和白银公司小铁山矿运用便携式声发射仪DYF-1成功地进行了采场冒顶声发射的现场监测和预报。
通过大量的室内试验及现场监测证实岩体在变形或破坏时都要产生声发射。
图3所示为图1是老厂锡矿2#矿柱一次冒顶预报声发射监测数据。
图3老厂锡矿2#矿柱声发射数据边坡工程在矿山、公路、铁路等部门广泛存在,因而它的稳定也就具有极为重大的意义。
秦四清等[9]介绍了日本某公路建设区域的边坡稳定性监测情况。
该路段断层和断裂发育,塌方时常发生,为此Chichibu等人对这一地区开展了声发射监测工作,图5为声发射监测场地俯视图。
当开挖到某一水平时,尽管位移桩没有明显移动,部分边坡却突然崩塌,崩塌之后立即修筑20 m高的护堤,用声发射和位移桩相结合监测护堤的稳定性。
从声发射监测开始一周内,声发射活动呈显著增长趋势,位移变化的速率也相当大(2.7 mm/d),因而边坡可能破坏,故于11月14～15日修筑了护堤,在此之后声发射逐渐减小,说明边坡趋于稳定,位移速率的降低也证明了这一点。
11月26日后连降暴雨,声发射事件开始陡增,位移变大。
两周后,声发射活动减弱,同时位移桩的位移也减少。
由此可见,护堤的声发射活动和位移相互之间对应得很好,这样就可以根据声发射活动和位移的变化趋势来监测护堤的稳定程度。
在水工建筑物的安全监测方面,Minemura等应用声发射技术对混凝土拱坝冬季施工和灌浆安全进行了评价。
考虑到正常频率范围的声发射信号在混凝土坝体中会有较大的衰减,采用低频的传感器(谐振频率为15kHz)探测声发射活动。
通过判断分布在混凝土坝体12个部位的传感器是否探测到异常声发射活动来评估坝体在二次冷却和灌浆过程中的安全性。
声发射技术应用于建筑工程的案例并不多见,主要集中于对年代久远的建筑物进行监测评估等方面。
Carpinteri等应用声发射技术监测钢筋混凝土结构和石材古建筑,得出压应力和声发射累计数随时间的变化曲线,他们还应用声发射技术识别钢筋混凝土结构和砌体建筑物的缺陷和损伤,并基于断裂力学提出了一种分形多尺度的方法论来预测损伤和评估结构失效的时间,最终实现了对建筑物寿命的评估。
Grosse等为实现一个古老的钢筋混凝土建筑的重建,经过为期7 d的连续实时声发射监测,对声发射速率值以及平均频率等参数进行分析。
蒋志[10]通过对多座老旧居民住宅楼进行声发射监测,利用声发射计数评估裂缝开展速度并预测裂缝的发展状况,发现在各阶段声发射计数与裂缝开展成比例关系,当裂缝发展速度最快时,声发射计数率也达到了最大值,声发射分布函数的局部极值与裂缝发展的最剧烈阶段相对应。
Bureau填海工程广泛使用了预应力混凝土管(PCP),Travers采用声发射技术监测由钢绞线失效和随后滑脱所引起的PCP的失效过程,对被埋置管段的劣化区域进行定位。
陈祥森[11]以某核电站混凝土结构为例,不仅应用声发射技术对其进行安全性监测,还对将来其可能发生的损伤进行定位、分析和监视,以此确定各种类型的混凝土在复杂受力过程中的力学行为。
Shinomiya等将铁路混凝土结构损伤评估技术应用于一种连续的砖混拱桥结构,并在存在裂纹扩展的砖混结构中成功监测到了声发射活动,显示了声发射技术评估墩台等下部子结构的潜力。
3.3声发射在桥梁结构中的应用国外学者从20世纪70年代末开始,进行将AE技术应用于桥梁结构损伤检测和监测的研究,随着声发射仪器技术水平的提高以及信号处理方法的发展,AE技术的研究越来受重视。
[12]结构的耐久性是钢筋混凝土桥梁在其运营期间需要重点关注的问题。
由于化学侵蚀、冻融作用、碳化以及荷载的疲劳作用等不利因素的影响,钢筋混凝土的耐久性将随着时间不断地劣化,其中一个重要方面就是钢筋的锈蚀损伤,不仅使得钢筋本身力学性能降低,还会使得钢筋和混凝土界面的粘结强度降低。