模擬橋梁主纜鋼絲斷裂試驗(yàn)報(bào)告聲發(fā)射試驗(yàn)報(bào)告德

——模擬橋梁主纜鋼絲斷裂試驗(yàn)?zāi)M橋梁主纜鋼絲斷裂試驗(yàn)報(bào)告 3一、試驗(yàn)?zāi)康?3二、試驗(yàn)設(shè)備 3三、試驗(yàn)方法 3四、試驗(yàn)基礎(chǔ) 3第一節(jié)聲發(fā)射的概念 3第二節(jié)突發(fā)和連續(xù)聲發(fā)射 4第三節(jié)聲發(fā)射的基本原理 4第四節(jié)材料中的波速 5第五節(jié)衰減 6第六節(jié)凱塞(Kaiser)和費(fèi)利西蒂(Felicity)效應(yīng) 7第七節(jié)影響聲發(fā)射特性的因素 7第八節(jié)聲發(fā)射信號處理方法 88.1經(jīng)典信號處理方法 88.3定位技術(shù) 五主纜鋼絲聲發(fā)射監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果 5.1單根衰減測試 5.2主纜模型衰減測試 5.3主纜單根鋼絲斷裂試驗(yàn)（1） 5.4主纜單根鋼絲斷裂試驗(yàn)（2） 5.5主纜單根鋼絲斷裂試驗(yàn)（3） 5.6主纜單根鋼絲斷裂試驗(yàn)（4） 5.7主纜單根鋼絲斷裂試驗(yàn)（5） 六試驗(yàn)分析 29七試驗(yàn)建議 30模擬橋梁主纜鋼絲斷裂試驗(yàn)報(bào)告一、試驗(yàn)?zāi)康亩?、試?yàn)設(shè)備SR150M聲發(fā)射傳感器：中心頻率150KHz，工作頻域：60~三、試驗(yàn)方法內(nèi)側(cè)一定距離位置預(yù)制斷裂點(diǎn)，聲發(fā)射傳感器布置在預(yù)斷裂位四、試驗(yàn)基礎(chǔ)材料中局域源快速釋放能量產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射(AcousticEmission,簡稱AE)，有時(shí)也稱為應(yīng)力波發(fā)射。材料在應(yīng)力作機(jī)制有關(guān)的源，被稱為聲發(fā)射源。聲發(fā)射是一種常見的物理現(xiàn)象，各種材料聲發(fā)射信號的頻率范圍很寬，大多數(shù)材料變形和斷裂時(shí)有聲發(fā)射發(fā)生，但許多材料的聲發(fā)射信號強(qiáng)度很弱，需要藉助靈敏的電子儀器才能檢測出來。用儀器探測、記錄、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射技術(shù)。材料內(nèi)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號具有很寬的動(dòng)態(tài)范圍，其位移幅度可以從小于10-15m到10-9m,達(dá)到106量級（120dB）的范圍。另外聲發(fā)射信號的產(chǎn)生率也是變化無常的，所以目前人為地將聲發(fā)射信號分為突發(fā)和連續(xù)發(fā)射。如果聲發(fā)射事件信號是斷續(xù)，且在時(shí)間上可以分開，那么這種信號就叫突發(fā)聲發(fā)射信號，如圖2.20所示；如果大量的聲發(fā)射事件同時(shí)發(fā)生,且在時(shí)間上不可分辨，這些信號就叫做連續(xù)聲發(fā)射信號,如圖2.21所示。實(shí)際上連續(xù)型聲發(fā)射信號也是由大量小的突發(fā)型信號組成的，只不過太密集不能單個(gè)分辨而已。圖2.20突發(fā)聲發(fā)射信號圖2.21連續(xù)聲發(fā)射信號聲發(fā)射檢測的原理如圖1.1所示，從聲發(fā)射源發(fā)射的彈性波最終傳播到達(dá)材料的表面，引起可以用聲發(fā)射傳感器探測的表面位移，這些探測器將材料的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號，然后再被放大、處理和記錄。固體材料中內(nèi)應(yīng)力的變化產(chǎn)生聲發(fā)射信號,人們根據(jù)觀察到的聲發(fā)射信號進(jìn)行分析與推斷以了解材料產(chǎn)生聲發(fā)射的機(jī)制。聲發(fā)射檢測原理方框圖縱波速度的60%，表面波速度約為橫波的90%?？v波、橫波、表面波的速度與傳播速度，與波的頻率和波長成正比，等于波速＝頻率×波長（C=f×λ)衰減就是信號的幅值隨著離開聲源距離的增加而減小。衰減控制了聲源距離的可檢測性。因此，對于聲發(fā)射檢驗(yàn)來說引起波衰減的原因有很多種，尤其與決定波幅度的物理參數(shù)有關(guān)。引起波幅下降的衰減機(jī)制也有多種，但并非所有的衰減機(jī)制都引起能量的損失，某些衰減機(jī)制僅引起波的傳播模式轉(zhuǎn)變和能量的重新再分布，并無實(shí)際的能量損失。下面是波傳播的幾種主要衰減因素:1)幾何衰減:當(dāng)波由一個(gè)局域的源所產(chǎn)生時(shí)，波動(dòng)將從源部位向所有的方向傳播。即使在無損耗的介質(zhì)中，整個(gè)波前的能量保持不變，但散布在整個(gè)波前球面上，隨著波傳播距離的增加，波的幅度必定下降。2)色散衰減:色散是在某些物理系統(tǒng)中波速隨頻率變化引起的一種現(xiàn)象。由于實(shí)際的聲發(fā)射信號包括多種頻率的分量，而波速C為頻率的函數(shù)，波包中不同頻率的分量在介質(zhì)中將以不同的速度傳播，因此隨著波傳播距離的增加，波包的幅度將下降。3)散射和衍射衰減:波在具有復(fù)雜邊界或不連續(xù)(如空洞、裂紋、夾雜物等)的介質(zhì)中傳播將與這些幾何不連續(xù)產(chǎn)生相互作用產(chǎn)生散射和衍射現(xiàn)象。由于波的散射和衍射都能導(dǎo)致波幅下降(某些情況下增加),兩種情況都可引起波的衰減。最常見的散射原因之一是某些材料中不均勻晶粒引起的。例如粗晶結(jié)構(gòu)的鑄鐵對1MHz以上頻率范圍的波產(chǎn)生明顯的散射,由散射引起的衰減也是十分顯著的。4)由能量損耗機(jī)制（內(nèi)摩擦）引起的衰減:在上述討論的波的衰減機(jī)制中,如果固體為彈性介質(zhì),所有波(原始波、反射波、散射波、衍射波、色散等)的總機(jī)械能保持不變。然而，在實(shí)際的介質(zhì)中，波傳播的總機(jī)械能不能保持不變，而是逐漸衰減。由于熱彈效應(yīng)，機(jī)械能可以被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。如果?yīng)力超過介質(zhì)的彈性極限，塑性變形也引起機(jī)械能的損失。裂紋擴(kuò)展將波的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為新的表面能，波與介質(zhì)中位錯(cuò)的相互作用也可引起能量的損失和衰減。塑性材料的粘性行為、界面之間的摩擦和復(fù)合材料中非完全結(jié)合的夾雜物或纖維都能引起波的能量損耗和衰減。磁彈相互作用、金屬中的電子相互作用、順磁電子或核子的自旋機(jī)制等都能引起波的能量損失和衰減。無論上述那一種機(jī)制引起機(jī)械能的損耗，波的幅度都將隨波通過介質(zhì)中的傳播而下成波的幅度下降，例如，容器中的水介質(zhì)，②障礙物，即容器上的接管、人孔如，在被檢件表面上，利用鉛筆芯模擬源和聲發(fā)射儀，按一定的間距測得幅度稱為費(fèi)利西蒂效應(yīng)，也可認(rèn)為是反凱賽爾效應(yīng)。重復(fù)加載時(shí)的聲發(fā)射起始載荷圖中為突發(fā)型標(biāo)準(zhǔn)聲發(fā)射信號簡化波形參數(shù)的定義。由這一模型可以得到上升時(shí)間能量振鈴計(jì)數(shù)幅度幅度門檻電壓持續(xù)時(shí)間聲發(fā)射信號簡化波形參數(shù)的定義對于連續(xù)型聲發(fā)射信號，上述模型中只有振鈴計(jì)數(shù)和能量參數(shù)可以適用。為了更確切地描述連續(xù)型聲發(fā)射信號的特征，由此又引入了如下兩個(gè)參數(shù)：表常用整數(shù)幅度dBae對應(yīng)的傳感器輸出電壓值0聲發(fā)射信號撞擊定義時(shí)間（HDT）來將一連串的波形包絡(luò)畫入一個(gè)撞擊或劃分為時(shí)間間隔T時(shí)，則這兩個(gè)波包被劃歸為一個(gè)聲發(fā)射撞擊信號；但如儀器設(shè)定的列表顯示是將每個(gè)聲發(fā)射信號參數(shù)進(jìn)行時(shí)序排列和直接顯示，包括信號到達(dá)時(shí)間，各個(gè)聲發(fā)射信號參數(shù)、外變量、聲發(fā)射源的坐標(biāo)等。表5.3為壓力容器升壓過程中采集到的裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射信號的參數(shù)數(shù)據(jù)列表。在聲發(fā)射檢測前對聲發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行靈敏度測定和模擬源定位精度測試時(shí)，直接觀察數(shù)據(jù)列表。對聲發(fā)射源的強(qiáng)度進(jìn)行精確分析時(shí)也經(jīng)常采用數(shù)據(jù)列表顯示和分析。表聲發(fā)射信號參數(shù)參數(shù)含義特點(diǎn)與用途撞擊計(jì)數(shù)超過門檻并使某一通道獲取數(shù)據(jù)的任何信號稱之為一個(gè)撞擊。所測得的撞擊個(gè)數(shù)，可分為總計(jì)數(shù)、計(jì)數(shù)率反映聲發(fā)射活動(dòng)的總量和頻度，常用于聲發(fā)射活動(dòng)性評價(jià)事件計(jì)數(shù)產(chǎn)生聲發(fā)射的一次材料局部變化稱之為一個(gè)聲發(fā)射事件?？煞譃榭傆?jì)數(shù)、計(jì)數(shù)率。一陣列中，一個(gè)或幾個(gè)撞擊對應(yīng)一個(gè)事件反映聲發(fā)射事件的總量和頻度，用于源的活動(dòng)性和定位集中度評價(jià)計(jì)數(shù)越過門檻信號的振蕩次數(shù)，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率信號處理簡便，適于兩類信號，又能粗略反映信號強(qiáng)度和頻度，因而廣泛用于聲發(fā)射活動(dòng)性評價(jià)，但受門檻值大小的影響幅度信號波形的最大振幅值，通常用dBae表示（傳感器輸出1μV為0dB）與事件大小有直接的關(guān)系，不受門檻的影響，直接決定事件的可測性，常用于波源的類型鑒別、強(qiáng)度及衰減的測量能量計(jì)數(shù)（MARSE）信號檢波包絡(luò)線下的面積，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率反映事件的相對能量或強(qiáng)度。對門檻、工作頻率和傳播特性不甚敏感，可取代振鈴計(jì)數(shù)，也用于波源的類型鑒別持續(xù)時(shí)間信號第一次越過門檻至最終降至門檻所經(jīng)歷的時(shí)間間隔，以μs表示與振鈴計(jì)數(shù)十分相似，但常用于特殊波源類型和噪聲的鑒別上升時(shí)間信號第一次越過門檻至最大振幅因受傳播的影響而其物理意義變得不明所經(jīng)歷的時(shí)間間隔，以μs表示確，有時(shí)用于機(jī)電噪聲鑒別有效值電壓（RMS）采樣時(shí)間內(nèi)，信號的均方根值，與聲發(fā)射的大小有關(guān)，測量簡便，不受門檻的影響，適用于連續(xù)型信號，主要用于連續(xù)型聲發(fā)射活動(dòng)性評價(jià)平均信號（ASL）采樣時(shí)間內(nèi)，信號電平的均值，提供的信息和用途與RMS相似，對幅度動(dòng)態(tài)范圍要求高而時(shí)間分辯率要求不高的連續(xù)型信號，尤為有用。也用于背景噪聲水平的測量到達(dá)時(shí)間一個(gè)聲發(fā)射波到達(dá)傳感器的時(shí)決定了波源的位置、傳感器間距和傳播速度，用于波源的位置計(jì)算外變量試驗(yàn)過程外加變量，包括時(shí)間、載荷、位移、溫度及疲勞周次等不屬于信號參數(shù)，但屬于波擊信號參數(shù)的數(shù)據(jù)集，用于聲發(fā)射活動(dòng)性分析HDTT表列出了常用聲發(fā)射信號特性參數(shù)的含義和用途。這些參數(shù)的累加可以被定義為時(shí)間或試驗(yàn)參數(shù)(如壓力、溫度等)的函數(shù),如總事件計(jì)數(shù)、總振鈴計(jì)數(shù)和總能量計(jì)數(shù)等。這些參數(shù)也可以被定義為隨時(shí)間或試驗(yàn)參數(shù)變化的函數(shù)，如聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)率、聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率和聲發(fā)射信號能量率等。這些參數(shù)之間也可以任意兩個(gè)組合進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，如聲發(fā)射事件-幅度分布、聲發(fā)射事件能量-持續(xù)時(shí)間關(guān)聯(lián)圖等。聲發(fā)射源的定位，需由多通道聲發(fā)射儀器來實(shí)現(xiàn)，也是多通道聲發(fā)射儀最重要的功能之一。對于突發(fā)型聲發(fā)射信號和連續(xù)型聲發(fā)射信號需采用不同的聲發(fā)射源定位方法，表列出了目前人們常用的聲發(fā)射信號源定位方法。聲發(fā)射源定位方法分類源定位突發(fā)信號連續(xù)信號時(shí)差定位{區(qū)域定位{一維定位二維定位三維定位獨(dú)立通道監(jiān)視信號到達(dá)次序衰減測量式定位互相關(guān)式時(shí)差定位干涉式時(shí)差定位{幅度測量式區(qū)域衰減測量式定位互相關(guān)式時(shí)差定位干涉式時(shí)差定位平面定位柱面定位球面定位合材料等由于聲發(fā)射頻度過高或傳播衰減過大或檢測通道數(shù)有限而難以采用時(shí)頭之間的時(shí)差為：Δt=T2－T1，如以D表示兩個(gè)探頭之間的距離，以V表示聲T1T213(a)213(a)**dDT2123T1123(b)(b)聲發(fā)射源時(shí)差線定位原理圖五主纜鋼絲聲發(fā)射監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)方法：在一根獨(dú)立的鋼絲上布置一只SR150M傳感器，后端連接PAI前置放0主纜模型示意圖傳感器布置圖0150~100~100~55~55~55~55~CH1時(shí)間與能量歷程圖CH2時(shí)間與能量歷程圖CH1持續(xù)時(shí)間與上升時(shí)間相關(guān)圖CH2持續(xù)時(shí)間與上升時(shí)間相關(guān)圖所有通道振鈴計(jì)數(shù)與上升計(jì)數(shù)相關(guān)圖定位圖斷裂前8#傳感器接受到時(shí)域信號斷裂前8#傳感器接受到頻域信號斷裂時(shí)8#傳感器接受到時(shí)域信號斷裂時(shí)8#傳感器接受到頻域信號8#傳感器接受到鋼絲劇烈碰撞時(shí)域信號8#傳感器接受到鋼絲劇烈碰撞頻域信號7#傳感器接收到斷裂瞬間時(shí)域信號7#傳感器接收到斷裂瞬間頻域信號CH2時(shí)間與能量歷程圖CH3時(shí)間與能量歷程圖CH2持續(xù)時(shí)間與上升時(shí)間相關(guān)圖CH3持續(xù)時(shí)間與上升時(shí)間相關(guān)圖所有通道振鈴計(jì)數(shù)與上升計(jì)數(shù)相關(guān)圖定位圖斷裂信號時(shí)域圖斷裂信號頻域圖焊點(diǎn)開裂時(shí)域信號焊點(diǎn)開裂頻域信號固定點(diǎn)滑動(dòng)時(shí)域信號固定點(diǎn)滑動(dòng)頻域信號CH1時(shí)間與能量歷程圖CH2時(shí)間與能量歷程圖CH1持續(xù)時(shí)間與上升時(shí)間相關(guān)圖CH2持續(xù)時(shí)間與上升時(shí)間相關(guān)圖所有通道振鈴計(jì)數(shù)與上升計(jì)數(shù)相關(guān)圖所有通道時(shí)間與振鈴計(jì)數(shù)歷程圖各