预应力钢筋混凝土梁损伤声发射分形特征试验研究

为了探索预应力钢筋混凝土梁声发射信号特征参数与其损伤的演化关系,利用分形理论对预应力钢筋混凝土梁弯曲破坏过程声发射信号特征参数序列的关联维数演化特征进行了分析。研究结果表明:在弯曲破坏过程中,声发射信号能量参数序列在给定的尺度下具有明显的分形特征,不同的加载级数下声发射过程也具有不同程度的自相似性,因此关联维数可以描述预应力钢筋混凝土梁结构的力学状态。AE信号能量参数关联维数的折线下降意味着损伤的出现,关联维数持续下降后并呈水平趋势,可作为预应力钢筋混凝土梁结构临近极限承载力的征兆,这些特征可用于预应力钢筋混凝土简支梁结构健康监测和无损检测。     

预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射特性实验研究

利用全波形声发射技术记录了预应力钢筋混凝土梁在3点弯曲荷载下整个破坏过程的声发射信号,并在研究了声发射累计能量随时间变化关系曲线的基础上,采用谱分析对声发射全波形数据进行了分析和处理。以全波形声发射信号的能量分布特性为依据,通过对时域和频域内信号的振幅、频率特征和构件破坏过程的比较,初步得出了预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射信号的参数特性,发现全波形声发射信号能够实时反映预应力混凝土梁破坏过程中的特征信息。     

基于声发射和BP神经网络的预应力钢筋砼梁损伤过程分析北大核心CSCD

以预应力钢筋混凝土梁三点弯曲试验为基础,绘制了声发射幅值、能量等AE参数相关图,揭示了预应力砼梁的损伤演化过程;借鉴NDIS-2421定量评定标准,对试验梁的损伤程度做出定性的评价;同时,通过AE特征信号Kurtosis指标的计算对演化过程进一步分析,确定4个典型失效阶段后,建立各失效阶段声发射信号特征参数数据,并设计BP神经网络模型进行训练,训练后的定型网络对梁损伤程度有很好的识别能力。可以为工程中进一步开展预应力钢筋砼结构损伤活动性的长期健康监测提供理论基础和指导。     

基于声发射和BP神经网络的预应力钢筋砼梁损伤过程分析

以预应力钢筋混凝土梁三点弯曲试验为基础,绘制了声发射幅值、能量等AE参数相关图,揭示了预应力砼梁的损伤演化过程;借鉴NDIS-2421定量评定标准,对试验梁的损伤程度做出定性的评价;同时,通过AE特征信号Kurtosis指标的计算对演化过程进一步分析,确定4个典型失效阶段后,建立各失效阶段声发射信号特征参数数据,并设计BP神经网络模型进行训练,训练后的定型网络对梁损伤程度有很好的识别能力。可以为工程中进一步开展预应力钢筋砼结构损伤活动性的长期健康监测提供理论基础和指导。     

基于HHT的混凝土损伤AE信号分析新方法

介绍了HHT这一非线性、非平稳信号的处理方法。针对混凝土材料损伤所产生的声发射信号复杂的特点,提出了基于HHT的分析混凝土材料中产生的声发射信号的新方法,借此分析了从预应力混凝土梁在三点弯曲载荷下的破坏实验中拾取的实际AE信号,获得了该损伤信号的Hilbert谱。通过与小波分析结果的比较,显示出该方法具有处理精度高、自适应性强的特点,能有效地提取声发射信号中损伤成分的主要特征,为AE信号处理提供了一种新的途径。     

碳纤维桥梁拉索疲劳损伤声发射信号小波分析

碳纤维具有强度高、耐久性好等优点,现已广泛应用于土木工程结构中。用碳纤维材料制作的桥梁高耐久性拉索,已经在多个桥梁中得到应用,但是对这种新型桥梁拉索的损伤监测目前还缺乏有效的手段。本文拟采用声发射技术监测碳纤维桥梁拉索疲劳损伤。首先,通过疲劳试验,得到了拉索整个损伤过程的声发射特征参数,并将声发射特征参数两两组合,研究结果表明:采用计数、能量、持续时间、幅值和时间的相关点图可以来综合表征损伤。其次,基于声发射监测信号特点,考虑用小波变换的奇异性检测来处理声发射信号,分析小波系数的奇异性,采用"节点-幅值"定位检测方法,实现了对拉索的损伤识别。与相关点图相比较,小波分析方法在处理声发射信号时,图形更加清晰,特征更为突出,损伤更易识别,而且还可以利用小波阈值去噪、对声发射信号实行信噪分离、提高信噪比,从而提高损伤识别的准确性。     

基于矩张量的钢筋混凝土构件损伤声发射检测方法

为了利用声发射技术对钢筋混凝土构件损伤进行定量检测,将矩张量在地震工程学中反演震源机制的理论用于结构的声发射无损检测。阐述了基于矩张量理论的声发射检测技术原理,推导了利用矩张量理论反演裂缝机制(裂缝位置、类型和走向)的定量表达式。通过钢筋混凝土梁的四点弯曲试验,按照基于矩张量的声发射分析方法,明确裂缝机制,并与试验结果比较,探讨矩张量理论用于钢筋混凝土结构无损检测的有效性。结果表明:对于钢筋混凝土受弯构件,基于矩张量的声发射无损检测技术能定量地描述结构的裂缝机制,具有较好的准确性。     

岩土破坏过程声发射特征的实验研究

通过对重庆黄泥包滑坡处采集的岩土试样进行单轴压缩和拉伸实验,测试了岩土破坏过程的声发射信号,得出了岩土破坏过程声发射的基本特征:在单轴压缩实验中,声发射能量信号随着压力的增加呈现连续增加的趋势,在主破裂时刻有较强声发射能量信号产生;在蠕变实验中,AE在压力上升阶段信号增强,在恒定压力下,AE信号有所减弱,整体趋势较为平缓;在拉伸实验中,岩土的破坏方式呈主震型和群震型;AE信号能够反映岩土受载过程;岩土的抗压强度与声发射能量最大值呈正相关性;加载速率越大,声发射能量最大值也越大。     

拉裂-坠落式岩质崩塌失稳过程声信号特征模拟试验研究

岩体崩塌是西南岩溶山区广泛分布的地质灾害,崩塌失稳过程极为迅速,常规监测手段难以有效监测预警。根据岩体崩塌孕育发展力学过程,开展分级蠕变和自然渐变2种工况下的拉裂型崩塌相似模拟试验,采用声发射系统和无线微震传感器研究崩塌模型失稳过程声信号特征。研究结果表明：位移和应变场均仅在主破裂发展瞬间产生突变,难以提供指示失稳破坏的前兆信息;高频声发射信号的多种时域和频域参数在2种工况下的岩体崩塌相似试验中均表现明显的阶段性特征,可为岩体崩塌失稳提供有效的失稳前兆指示;采用滑动窗口法分析了试验全过程的微震波形信号,根据主频特征可清晰区分3类信号,低频信号在加速损伤阶段出现突降;根据2种工况下相似模拟试验声发射和微震信号的特征,崩塌发展过程可分为渐变阶段、主控面加速损伤阶段和失稳破坏阶段,模拟自然渐变荷载下主控裂纹贯穿失稳更为突然。研究成果为发展岩溶山区岩体崩塌监测预警方法和技术提供了支撑。     

混凝土I-II复合型断裂过程声发射特征研究

通过对不同位置预制裂缝的混凝土三点弯曲梁进行声发射试验,开展了不同预制裂缝偏移比下混凝土I-II复合型断裂的声发射过程参数、状态参数、统计参数分布规律,以及参数间相关性研究。结果表明:振铃计数—时间曲线、能量释放率—时间曲线的突变可表征I-II复合型断裂过程的临界状态,随着预制裂缝偏移比的增大,峰值荷载增大,试件脆断性增强;部分声发射过程参数间具有高度或中度相关性;随着裂缝偏移比的增大,试件起裂阶段主频均以低频占优,失稳阶段主频呈现“高—低”趋势。该研究可为混凝土损伤状态判别提供一定基础。     

混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征研究

通过对不同位置预制裂缝的混凝土三点弯曲梁进行声发射试验,开展了不同预制裂缝偏移比下混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的声发射过程参数、状态参数、统计参数分布规律,以及参数间相关性研究。结果表明:振铃计数—时间曲线、能量释放率—时间曲线的突变可表征Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程的临界状态,随着预制裂缝偏移比的增大,峰值荷载增大,试件脆断性增强;部分声发射过程参数间具有高度或中度相关性;随着裂缝偏移比的增大,试件起裂阶段主频均以低频占优,失稳阶段主频呈现"高—低"趋势。该研究可为混凝土损伤状态判别提供一定基础。     

地震滑坡地形剖面线多重分形特征及其在稳定性判别中的应用

"5.12"汶川地震诱发了大量的滑坡和不稳定斜坡体,这些滑坡和不稳定斜坡体的稳定性影响到灾区社会经济发展和灾后重建。地震滑坡的不同稳定性状态孕育了滑坡地形剖面线的演化特征,并且地震滑坡地形剖面线直接地反映了在地震力作用下坡体的演变过程和演化机制。根据实测的汶川地震诱发的滑坡地形剖面线特征,研究了相对稳定滑坡、蠕滑阶段滑坡和不稳定斜坡的地形剖面线的分布特征,以及地震滑坡不同稳定状态下的地形剖面线的多重分形维数演化特征。研究结果表明相对稳定滑坡的多重分形维数演化特征的具有明显的有序性,处于蠕滑状态的滑坡和不稳定斜坡的多重分形维数演化出现明显的特征性拐点。     

基于损伤指数的框架结构损伤演化研究

采用改进的损伤指数模型,定量地描述了框架结构在地震作用下的倒塌破坏过程,应用所编制的Matlab语言程序,计算了框架结构构件及结构损伤指数。拟合了梁、柱及结构整体的损伤演化方程,研究了框架结构倒塌破坏的损伤演化规律。提出了以层数和时间为变量的梁和柱的双变量损伤演化方程。通过损伤指数的最佳拟合方程可见,结构整体损伤演化规律与柱子的损伤演化规律相同,均符合指数函数形式发展规律,符合“强柱弱梁”的设计原则。     

近30年来湖北洪涝灾害时序特征及预测分析——基于分形与混沌理论的研究

借助分形与混沌理论,对1978-2004年湖北省洪涝灾害成灾面积时间序列进行了分析,重构了其嵌入相空间序列,计算了其关联维数和饱和嵌入维数,确定了模拟相应动力系统所需的基本变量数目;同时,通过计算Kolmogorov熵,得出了对该洪涝灾害时间序列进行预测预报的时间尺度.最后,基于R/S分形分析,对湖北省未来洪涝灾害成灾面积的发展趋势作了预测,对该省洪涝灾害成灾面积可能呈现增大趋势的原因进行了分析,并提出了相应的对策.研究表明,该方法是一种有效的研究洪涝灾害时间序列分形特征的方法,能够客观、合理地反映洪涝灾害系统的分形特征,能为建立洪涝灾害成灾面积时间序列预报模型提供基础信息.     

基于声发射参量的煤样损伤模型研究

在单轴压缩下煤样损伤模型基本原理的基础上,推导出了基于声发射参量的煤样损伤模型。以原煤为研究对象,在单轴压缩下,对煤样进行声发射实验,验证了基于声发射参量的煤样损伤模型在煤样破坏前是可行的;分析了在单轴压缩下的声发射特性,并提出了基于"归一化"声发射累计计数的损伤变量,得到了在单轴压缩下煤样的应变—损伤方程和煤样的一维损伤本构方程。研究结果表明:声发射参量能够反映煤样内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程;基于声发射参量的煤样损伤模型是合理的,反映了声发射事件数和煤样损伤之间的对应关系;单轴压缩下的煤样损伤演化过程,可分为初始损伤阶段、损伤稳定演化和发展阶段、损伤加速发展阶段和残余损伤阶段4个阶段。     

煤岩电磁辐射信号时间序列混沌特性分析

采用华丰矿1409工作面电磁辐射观测数据,应用相空间重构法计算了5次矿震前后系统混沌吸引子的关联维数D2。研究结果表明:电磁辐射时间序列具有混沌特征,混沌系统的自由度在2~26之间。矿震发生前,混沌吸引子的关联维数D2先升后降,矿震过程中系统有降维现象。研究结果对认识矿震过程中煤岩体产生的电磁辐射信号的非线性特征和进行矿震预报具有一定的参考价值。     

软质岩顺层边坡非典型溃屈型滑坡机制初探

以长沙商贸旅游职业技术学院工程边坡为研究案例,初步探讨了软质岩顺层边坡的非典型溃屈型滑坡机制。该滑坡是一种新型的溃屈破坏型式,将之命名为非典型溃屈型滑坡。非典型溃屈型滑坡的特征是:软质岩顺层边坡,滑动面不临空,坡趾前方一定距离处的坡底岩体弯曲-隆起、被损伤;尚未出现分阶段演化特征或暂时不能确定分阶段演化,可能的演化模式是弯曲-隆起带顶部剪断破坏;当坡底的岩体(板梁)达到屈服或屈曲时,即最先是弯曲-隆起带顶部剪断破坏时,滑坡可能再次失稳滑动。     

汶川大地震余震等待时间序列——基于混沌理论的研究

根据混沌理论,对汶川大地震余震等待时间通过相空间重构,应用互信息法、Cao方法确定出重构参数,并分别计算了该序列的关联维、最大Lyapunov指数以及Kolmogorov熵等特征量。结果表明汶川大地震余震等待时间序列中存在明显的混沌特性,是非线性混沌动力系统演化的结果;并对余震等待时间序列的混沌性态及其产生的根源进行了简单的探索。研究结果可进一步研究汶川大地震余震等待时间序列的复杂性、演化规律及预测参考。     

新疆1950～1997年洪旱灾害的统计与分形特征分析

基于新疆1950～1997年的洪旱灾害统计资料,运用一般统计学方法与分形理论分析了新疆这段时期内相应的洪旱灾害特征。分析发现,20世纪80代年以来新疆洪旱灾害呈急剧扩大的态势,20世纪80年代和90年代与50年代相比,洪水与干旱灾害成灾面积都增大了约6～7倍;1950～1997年新疆洪旱灾害时间序列具有明显的分形特征,相应的饱和分维数分别为d=2.9733与d=3.6921,饱和关联维数对应的嵌入空间的最小维数为9。     

云南省近500年旱涝灾害时间序列的分形研究

根据云南省近500年的旱涝灾害时间分布序列,应用R/S分析,预测了未来旱涝灾害的发生时间,但预测时间尺度不同,结果也不同,因此仅从旱涝灾害发生的时间序列本身来预测,需确定其能够预测的时间范围;应用Smalley算法分别对云南省干旱和洪涝灾害的时间序列特征进行分析,干旱年发生时间序列的分形维数为0.5498,洪涝年发生时间序列的分形维数为0.4923,具有明显的分形特征,均小于Cantor集合的0.6309,可见云南省旱涝灾害发生的自组织程度可能会提高。分形研究的结果反映的仅是云南省近500年旱涝灾害时间序列的平均状况,由于旱涝灾害的分布具有空间差异,因此需分别研究不同程度灾害区旱涝时间序列的分形及多重分形特征。