碳纤维复合材料层合板面内压缩损伤及声发射特征分析

针对碳纤维复合材料层合板面内压缩损伤问题,基于声发射技术分析不同损伤阶段的声发射信号特征。根据加载过程中时间–载荷曲线以及试样破坏断面微观形貌,将损伤过程分为三个阶段:初始损伤阶段主要产生少量基体开裂与纤维–基体界面脱粘,裂纹迅速扩展阶段开始产生纤维剪断以及失稳变形,平稳损伤阶段主要产生失稳变形以及分层裂纹扩展。结合声发射信号的振幅、振铃计数研究损伤过程,并基于小波变换进行损伤信号的时频分析,发现不同损伤类型可通过声发射振幅及频率特征有效识别。     

基于PFC2D的红砂岩破坏机制研究

为了研究红砂岩在单压作用下的破坏机制,对赣州某地红砂岩进行室内单压试验,得到了试件破坏过程中的变形和强度特征,同时借助颗粒流模拟软件PFC2D分析了红砂岩破坏过程微裂纹和能量变化规律以及颗粒间接触力演化特征。结果表明:岩石失稳破坏过程为岩样微裂纹、能量及接触力不断变化的过程;模拟试验中微裂纹自试件屈服阶段开始产生,以拉伸裂纹为主;而室内试验中裂纹出现在宏观起裂强度之后,裂纹不断扩展延伸直至贯通,最终产生宏观破坏;加载初期外界输入能量主要储存为应变能,当超过储存极限时试件局部发生破裂,当达到峰值强度时,能量逐渐转化为耗散能,在耗散能的作用下岩石内微裂纹进一步扩展致使试件破坏;加载过程颗粒间接触力由均匀分布到受力不均,在强力链作用下试件最终整体破坏。     

超细粉煤灰对桥梁混凝土单轴压缩损伤特征的影响分析

为了研究粉煤灰取代率对桥梁混凝土损伤特征的影响,对取代率分别为0、5%、10%和15%的4组混凝土进行了单轴压缩试验,采用声发射(AE)技术混凝土损伤特征进行动态分析。根据桥梁混凝土受压损伤时所释放的声发射信号,定量探讨了材料的损伤程度,并以声发射指标为基础建立了损伤演化曲线。结果表明:混凝土单轴压缩的应力-应变曲线可分为弹性变形、塑性损伤、屈服破坏和残余变形4个变形阶段;随着粉煤灰含量增大,混凝土的塑性特征明显增强,取代率为10%时强度最大;声发射计数的结果可以作为结构损伤的量化表征指标,不含粉煤灰的混凝土声发射信号活跃期集中在塑性损伤阶段,而粉煤灰改性混凝土的声发射活跃期集中在破坏阶段;粉煤灰的改性作用提高了混凝土的变形性能,且对损伤的发展有一定抑制效果;以声发射指标为基础建立的损伤系数与混凝土结构损伤程度的吻合度较好,可为混凝土力学行为的理论研究与工程应用提供可靠的依据。     

陶瓷材料断裂过程的声发射研究

本文用声发射方法研究了陶瓷材料的断裂过程,得到了几种典型的声发射谱。把断裂过程的声发射和其断裂形貌结合起来研究,陶瓷材料的断裂过程可以分为三个阶段:弹性应变阶段;断裂源的形成和裂纹稳态扩展阶段;裂纹的失稳扩展至断裂阶段。陶瓷材料不同的断裂历程对应着不同的声发射谱。     

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.     

岩石声发射特性的研究

对单轴压缩下的花岗岩、砂岩、灰岩的声发射及剪切时花岗岩、灰岩的声发射进行了测试．并对声发射的时间序列、活动特点和频谱特征等进行了分析．结果表明，岩石的声发射时间序列可分为主震型、孤震型和震群型三类，与岩石结构的均匀性和受力状态有关．岩石声发射活动在岩石破坏前都有一个稳定发展阶段和加速发展阶段。声发射的主频在５～３０ｋＨｚ以内，与岩石种类和受力状态关系不大。声发射主频—幅值因岩石不同而呈不同的分布状态。     

复合材料Ⅱ型分层损伤演化声发射监测

通过风电叶片复合材料Ⅱ型分层扩展力学性能实验,并借助声发射技术手段,研究复合材料[0/0]、[0/45]和[+45/-45]层间界面损伤演化特性。复合材料试件弯曲加载时,采用声发射实时监测整个分层损伤过程。结果表明,[0/0]复合材料分层试件裂纹扩展快、分层面积大、前沿平齐,不稳定扩展对应较多高幅值、长持续时间的声发射信号;受±45°方向纤维作用,[0/45]和[+45/-45]复合材料试件不稳定分层扩展前声发射撞击累积数较高,裂纹扩展相对缓慢,分层面积小,前沿不齐。复合材料分层损伤演化可分为预分层裂纹尖端区域微损伤累积和分层不稳定扩展两个基本的过程。     

片状模塑料的断裂行为 Ⅰ、承受拉伸载荷

近来,声发射已成为研究复合材料断裂过程的有用工具。本文报导采用声发射监测片状模塑料(SMC)在拉伸载荷下的断裂行为的研究。按照该研究的结果,讨论SMC的应力/应变曲线与其性能之间的关系并发现由于采用破坏变形大的基体而使SMC在该曲线拐点之后,其裂纹的形成有所减弱。本文也介绍了两个有关拉伸性能的经验公式。     

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。     

块石胶结充填体力学与声发射特性研究

借助块石胶结充填体单轴抗压声发射试验,分析试验得到的物理力学参数、声发射参数特征曲线间的关系,得到单轴抗压下充填体力学性能和声发射特性。试验结果表明:块石胶结充填体试件在峰值破坏后至完全破坏阶段呈现出塑-弹-塑性特性;试件在AB区段弹性波释放微弱,BC区段声发射振铃计数缓慢增加但无高能事件产生,表明主要发生弹性变形;CD区段出现较多高能量信号,表明此时试件已经接近破坏的峰值;DE区段高能量信号连续出现并且到达峰值,表明试件完全破坏并失去承载能力。     

紧凑拉伸Q245R焊接试样的声发射特性研究

本文以紧凑拉伸Q245R焊接试样为研究对象,利用特征参数法分析了焊缝缺口根部塑性阶段、微裂纹萌生以及裂纹失稳扩展阶段的声发射信号关联特征和累积声发射特性。同时采用小波分析中的sym5小波对弹性阶段和塑性阶段的声发射信号进行5级小波分解,计算出信号的能量值主要集中在d4、d5和a5级;弹性阶段的声发射信号主要集中在低频部分,塑性阶段的声发射信号开始向高频部分集中,而且各级信号的标准偏差均低于10%。     

共聚聚丙烯疲劳裂纹扩展研究

参照金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法,采用材料疲劳试验机对无规共聚聚丙烯(PP–R)材料进行了Ⅰ型疲劳裂纹的扩展速度及裂纹扩展机理的研究,测试得到了疲劳裂纹扩展每0.5 mm长度下所对应的循环次数,进而拟合出da/d N(疲劳裂纹扩展长度与循环次数之比)与ΔK(应力强度因子)的疲劳裂纹扩展速率曲线图,发现PP–R疲劳裂纹扩展可分为裂纹扩展源阶段,裂纹扩展稳定阶段和裂纹快速扩展阶段3个阶段,其中扩展源阶段出现明显的增韧现象,稳定扩展阶段呈现出明显的线性特点;同时选取了4个典型的断面区域进行了扫描电子显微镜拍照,得到了4种差异很大的断面显微组织并进行了分析。     

单轴压缩下带圆孔的脆性岩板劈裂破坏研究

带圆孔的脆性岩板在单轴压缩荷载的作用下,其破坏过程一般经历弹性阶段,劈裂裂纹的产生与扩展,压剪裂纹的产生及岩板破坏几个阶段.分析了弹性阶段的圆孔四周的应力分布,解释了劈裂裂纹的产生机理,确定了劈裂裂纹产生的位置.通过分析开裂后裂纹尖端应力强度因子的变化规律,发现随着孔径的增大,起裂荷载减小,这个结论与实验结果非常吻合.而对于同一模型随着裂纹的扩展,应力强度因子减小,反映了劈裂裂纹的扩展是稳定的.对于岩石这种内部存在很多微小孔洞或不连续面的材料,通过该模型能从宏观唯像上解释岩石在单轴压缩试验中的劈裂破坏机理.     

应变速率对纤维复合材料声发射的影响

在载荷作用下,纤维复合材料声发射的输出有两个主要来源:纤维破坏和基体出现裂纹。在只有第一个来源时,过程对应变速率不敏感,而二者俱在时,则过程与应变速率有关。应变速率越慢,用于裂纹扩展的有效时间越长,声发射作用越强烈。     

15CrMoR试件焊接冷裂纹延迟特性的声发射实验研究

采用声发射技术对不同焊接工艺的15Cr MoR小铁研试件进行焊后声发射监测实验,通过对比分析有无冷裂纹产生时的声发射信号,获得了焊接冷裂纹产生和扩展过程的声发射特性,并结合焊接冷裂纹断口样貌图和热影响区金相组织,验证了冷裂纹的产生是淬硬组织、扩散氢和拘束应力共同作用的结果。     

基于AE的碳纤维复合材料圆管轴向压缩性能研究

采用声发射技术对碳纤维复合材料圆管轴向压缩加载过程进行监测和记录,对压缩过程中的累积事件计数、能量、峰值频率和幅值等声发射特征参数进行了分析,结合压缩载荷曲线,研究了碳纤维复合材料圆管在轴向压缩载荷下的损伤过程和破坏模式。结果表明,声发射的典型特征参数可以与时间-载荷曲线的变化规律较好地对应,声发射信号的变化能反映不同破坏阶段的损伤形式以及不同种类试样的破坏特征,对于研究碳纤维复合材料圆管的轴向压缩性能具有参考价值。     

尾矿砂改性混凝土的强度与声发射损伤特征研究

为了研究尾矿砂改性混凝土的受压损伤特征,对4组不同磷矿尾矿砂取代率的混凝土进行了单轴压缩-声发射监测试验。根据混凝土受压损伤时所释放的声发射(AE)信号,定量探讨了材料的损伤程度,并以AE指标为基础分析了混凝土损伤演化特征。结果表明:混凝土的应力-应变曲线可分为弹性变形、塑性变形、断裂破坏和残余变形4个阶段;随着尾矿砂含量增加,混凝土的抗压强度先增加后保持稳定,尾矿砂取代率为30%(质量分数)的改性混凝土峰值抗压强度最大;由AE信号提出了损伤因子,损伤因子-应变曲线表明普通混凝土的结构损伤主要在塑性变形阶段,而尾矿砂改性混凝土的结构损伤集中在塑性变形和断裂破坏阶段;一定比例的磷矿尾矿砂有助于提高水泥砂浆的密实度,从而增强抗压强度和变形性能。这为尾矿砂改性混凝土的研究提供了重要参考。     

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。     

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。     

岩石微观能量演化与宏观力学行为的关联研究

通过三轴应力条件下大尺度岩石破坏声发射试验,得到了三类岩石(花岗岩、砂岩、大理岩)破坏全过程力学特征和声发射特征.试验过程中记录到大量的声发射信息,能够反映岩石试件内部每一个损伤(微裂纹)发生的时间、地点和强度.通过声发射速率过程理论分析,导出声发射累积能量释放的表达式,该表达式反映了岩石破坏过程中的损伤演化状况.此外,对三类岩石的损伤本构行为进行了研究.结果表明,该理论计算模型可以反映岩石类脆性材料的损伤本构行为,进而对其宏观力学行为进行描述.