CN108519436B - 一种基于声发射信号统计分析的混凝土损伤评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于声发射信号统计分析的混凝土损伤评估方法，属于材料损伤检测技术领域。本发明提出的方法克服了声发射参数分析法和快速傅里叶变换分析法的不足。方法为：对声发射信号进行小波变换，得到声发射信号的时频图；根据声发射信号的波形特征及时频图，判断声发射信号对应的损伤模式；再以A个声发射信号为滑动窗口，按采集次序依次选取A个声发射信号为一个窗口，计算每个窗口中对应裂纹萌生的声发射信号的比例P1，对应裂纹生长的声发射信号的比例P2以及对应裂纹汇合的声发射信号的比例P3，并绘制P1，P2和P3的统计图；进而评估混凝土损伤状态。本发明通过实时监测混凝土的损伤破坏过程，对混凝土损伤状态进行评估。

Description

一种基于声发射信号统计分析的混凝土损伤评估方法
技术领域
本发明涉及一种基于声发射信号统计分析的混凝土损伤评估方法，属于材料损伤检测技术领域。
背景技术
混凝土材料的损伤和破坏指在服役过程中，由于内部大量微裂纹的萌生、扩展和汇合导致材料宏观力学性能的劣化直至最终破坏失效。混凝土内部微裂纹在形成和扩展时，局部源快速释放能量，产生瞬态弹性波，即声发射现象。声发射信号可以提供材料内部微观缺陷产生和发展的动态信息，利用声发射信号的特点能够检测材料中裂纹萌生、扩展汇合而导致材料断裂的动态过程。通过测量和分析混凝土在受力过程中产生的声发射信号，可以实现对混凝土损伤破坏的全过程实施监测。
尽管很多学者在混凝土的声发射研究方面做了大量的工作，但这些研究主要集中在参数(幅值、撞击数、振铃数、能量等)分析方法上。参数分析法对于研究裂纹扩展量、材料损伤度方面有重要意义，但该方法很难识别不同模式对应的声发射信号。
不同的损伤模式对应的声发射信号具有不同的频率特征。将采集到的声发射信号经过快速傅里叶变换能够得到信号的频谱图，但在进行变换时丢掉了时间信息，这在处理非稳态声发射信号时明显不足，并且很难定量、全面的分析信号特征。小波变换可以将单一的时域信息变换为时间-频率域信息，并且可以将信号进行多尺度分解，在定量声发射分析方面有重要作用。基于小波变换可以有效识别声发射信号所对应的损伤模式。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术很难识别不同模式对应的声发射信号的问题，提供一种基于声发射信号统计分析的混凝土损伤评估方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提出的一种基于声发射信号统计分析的混凝土损伤评估方法，具体步骤为：
步骤一、在混凝土上安装声发射传感器，用于实时采集混凝土损伤破坏产生的声发射信号。
步骤二、根据步骤一采集到的声发射信号的波形特征，选取小波基。
步骤三、使用步骤二选取的小波基，对步骤一采集到的声发射信号进行小波变换，得到声发射信号的时频图，从时频图中能够获取到时频特征。
步骤四、根据声发射信号的波形特征及步骤三得到的时频特征，判断声发射信号对应的损伤模式；所述损伤模式为裂纹萌生、裂纹生长和裂纹汇合。
判断声发射信号对应的损伤模式，具体方法为：若声发射信号的波形为突发型模式，频率范围为(260-480)kHz，则判断声发射信号对应裂纹萌生；若声发射信号的波形为突发型和连续型混合模式，频率范围为(15-250)kHz，则判断声发射信号对应裂纹生长；若声发射信号的波形为连续型模式，频率范围为(10-60)kHz，则判断声发射信号对应裂纹汇合。
步骤五、在步骤四的操作基础上，以A(20<A<30)个声发射信号为滑动窗口，按采集次序依次选取A个声发射信号为一个窗口，计算每个窗口中对应裂纹萌生的声发射信号的比例P1，对应裂纹生长的声发射信号的比例P2以及对应裂纹汇合的声发射信号的比例P3，并绘制P1，P2和P3的统计图。
步骤六、根据P1，P2和P3的统计图中，P1，P2和P3的变化状态评估混凝土损伤。
评估混凝土损伤的具体方法为：当窗口M及之后所有窗口中对应裂纹萌生的声发射信号的比例P1小于该窗口之前所有窗口中对应裂纹萌生的声发射信号的比例P1，则判断混凝土在M窗口由裂纹萌生阶段进入裂纹生长阶段；当窗口N(N>M)及之后所有窗口中对应裂纹汇合的声发射信号的比例P3大于该窗口之前所有窗口中对应裂纹汇合的声发射信号的比例P3，则判断混凝土在N窗口由裂纹生长阶段进入裂纹汇合阶段，裂纹汇合阶段持续到混凝土最终的破坏失效。
有益效果
本发明提出的一种基于声发射信号统计分析的混凝土损伤评估方法与已有技术相比较，克服了声发射参数分析法和快速傅里叶变换分析法的不足，通过实时监测混凝土的损伤破坏过程，可以直观地对混凝土进行损伤评估。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中db3小波基函数图；
图2为本发明具体实施方式中裂纹萌生对应的声发射信号波形与频谱图；
图3为本发明具体实施方式中裂纹生长对应的声发射信号波形与频谱图；
图4为本发明具体实施方式中裂纹汇合对应的声发射信号波形与频谱图；
图5为本发明具体实施方式中每个窗口中对应裂纹萌生的声发射信号的比例P1，对应裂纹生长的声发射信号的比例P2以及对应裂纹汇合的声发射信号的比例P3的统计图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步说明。
实施例1
本实施例中，对混凝土进行三点弯破坏实验。
使用本发明提出的基于声发射信号统计分析的混凝土损伤评估方法，具体操作步骤为：
步骤一、在混凝土上安装声发射传感器，用于实时采集混凝土损伤破坏产生的声发射信号。
步骤二、根据步骤一采集到的声发射信号的波形特征，选取db3小波基，db3小波基函数图如图1所示。
步骤三、使用步骤二选取的小波基，对步骤一采集到的声发射信号进行小波变换，得到声发射信号的时频图，从时频图中能够获取到时频特征。
步骤四、根据声发射信号的波形特征及步骤三得到的声发射信号的时频特征，判断声发射信号对应的损伤模式；所述损伤模式为裂纹萌生、裂纹生长和裂纹汇合。
判断声发射信号对应的损伤模式，具体方法为：若声发射信号的波形为突发型模式，频率范围为(260-480)kHz，则判断声发射信号对应裂纹萌生，裂纹萌生对应的声发射信号波形与频谱图如图2所示；若声发射信号的波形为突发型和连续型混合模式，频率范围为(15-250)kHz，则判断声发射信号对应裂纹生长，裂纹生长对应的声发射信号波形与频谱图如图3所示；若声发射信号的波形为连续型模式，频率范围为(10-60)kHz，则判断声发射信号对应裂纹汇合，裂纹汇合对应的声发射信号波形与频谱图如图4所示。
步骤五、在步骤四的操作基础上，以20个声发射信号为滑动窗口，按采集次序依次选取20个声发射信号为一个窗口，计算每个窗口中对应裂纹萌生的声发射信号的比例P1，对应裂纹生长的声发射信号的比例P2以及对应裂纹汇合的声发射信号的比例P3，并绘制P1，P2和P3的统计图，如图5所示。
步骤六、根据P1，P2和P3的统计图中，P1，P2和P3的变化状态评估混凝土损伤。
评估混凝土损伤的具体方法为：当第9个窗口及之后所有窗口中对应裂纹萌生的声发射信号的比例P1小于该窗口之前所有窗口中对应裂纹萌生的声发射信号的比例P1，则判断混凝土在第9个窗口由裂纹萌生阶段进入裂纹生长阶段；当第48个窗口及之后所有窗口中对应裂纹汇合的声发射信号的比例P3大于该窗口之前所有窗口中对应裂纹汇合的声发射信号的比例P3，则判断混凝土在第48个窗口由裂纹生长阶段进入裂纹汇合阶段，裂纹汇合阶段持续到混凝土最终的破坏失效。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于声发射信号统计分析的混凝土损伤评估方法，其特征在于：对混凝土进行三点弯破坏实验，具体步骤为：
步骤一、在混凝土上安装声发射传感器，用于实时采集混凝土损伤破坏产生的声发射信号；
步骤二、根据步骤一采集到的声发射信号的波形特征，选取小波基；
步骤三、使用步骤二选取的小波基，对步骤一采集到的声发射信号进行小波变换，得到声发射信号的时频图，从时频图中能够获取到时频特征；
步骤四、根据声发射信号的波形特征及步骤三得到的时频特征，判断声发射信号对应的损伤模式；所述损伤模式为裂纹萌生、裂纹生长和裂纹汇合；
判断声发射信号对应的损伤模式，具体方法为：若声发射信号的波形为突发型模式，频率范围为260kHz-480kHz，则判断声发射信号对应裂纹萌生；若声发射信号的波形为突发型和连续型混合模式，频率范围为15kHz-250kHz，则判断声发射信号对应裂纹生长；若声发射信号的波形为连续型模式，频率范围为10kHz-60kHz，则判断声发射信号对应裂纹汇合；
步骤五、在步骤四的操作基础上，以A，20<A<30，个声发射信号为滑动窗口，即按采集次序依次选取A个声发射信号为一个窗口，计算每个窗口中对应裂纹萌生的声发射信号的比例P1，对应裂纹生长的声发射信号的比例P2以及对应裂纹汇合的声发射信号的比例P3，并绘制P1，P2和P3的统计图；
步骤六、根据步骤五绘制的统计图中P1，P2和P3的变化状态评估混凝土损伤；
评估混凝土损伤的具体方法为：当窗口M及之后所有窗口中对应裂纹萌生的声发射信号的比例P1小于该窗口之前所有窗口中对应裂纹萌生的声发射信号的比例P1，则判断混凝土在M窗口由裂纹萌生阶段进入裂纹生长阶段；当窗口N，N＞M，及之后所有窗口中对应裂纹汇合的声发射信号的比例P3大于该窗口之前所有窗口中对应裂纹汇合的声发射信号的比例P3，则判断混凝土在N窗口由裂纹生长阶段进入裂纹汇合阶段，裂纹汇合阶段持续到混凝土最终的破坏失效。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111238940A (zh) * 2020-03-23 2020-06-05 江西理工大学 一种声发射信号定量识别岩石加速蠕变阶段的方法及系统
CN111812211B (zh) * 2020-07-09 2021-09-24 武汉理工大学 一种基于声发射参数的ra–af–e岩石类材料脆性破坏裂纹分类方法
CN112305082B (zh) * 2020-10-13 2022-05-31 中国石油大学(北京) 自升式钻井平台插桩过程中的桩基地层破裂预测方法
CN112432861B (zh) * 2020-10-28 2023-04-14 扬州大学 一种基于声发射波形分析的钢筋混凝土梁损伤状态评估方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104897780A (zh) * 2015-05-25 2015-09-09 北京理工大学 一种利用声发射信号能量对声发射源进行定位的方法
CN104965026A (zh) * 2015-05-25 2015-10-07 北京理工大学 一种使用声发射信号能量特征值预测脆性材料临界失稳的方法
CN106645424A (zh) * 2016-12-09 2017-05-10 四川西南交大铁路发展股份有限公司 一种钢轨裂纹在线监测噪声滤除和裂纹判定方法及其系统
CN106769054A (zh) * 2016-12-14 2017-05-31 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于声发射信号的水轮机组空蚀空化状态诊断方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101285796B (zh) * 2008-04-30 2010-09-29 湘潭大学 热障涂层损伤及其失效过程的声发射实时检测方法
CN101539541B (zh) * 2009-04-09 2011-01-05 上海交通大学 基于导向波的厚梁结构损伤检测方法
US20110259128A1 (en) * 2010-04-22 2011-10-27 University Of South Carolina Integrity Evaluation of Prestressed Concrete Girders
CN102680579B (zh) * 2012-06-01 2014-04-16 中国计量学院 基于声发射传感器阵列的混凝土内部缺陷检测方法
CN103439413B (zh) * 2013-08-07 2015-11-18 湘潭大学 一种热障涂层损伤模式自动识别的声发射信号分析方法
CN105067707B (zh) * 2015-08-03 2019-05-10 北京航空航天大学 一种复合材料结构的损伤监测方法、装置和系统
CN106525976B (zh) * 2016-11-18 2019-08-16 金陵科技学院 基于声发射层析成像定量分析混凝土结构损伤部位的方法
CN106556646B (zh) * 2016-11-18 2019-08-16 金陵科技学院 声发射层析成像确定混凝土结构损伤部位的检测系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104897780A (zh) * 2015-05-25 2015-09-09 北京理工大学 一种利用声发射信号能量对声发射源进行定位的方法
CN104965026A (zh) * 2015-05-25 2015-10-07 北京理工大学 一种使用声发射信号能量特征值预测脆性材料临界失稳的方法
CN106645424A (zh) * 2016-12-09 2017-05-10 四川西南交大铁路发展股份有限公司 一种钢轨裂纹在线监测噪声滤除和裂纹判定方法及其系统
CN106769054A (zh) * 2016-12-14 2017-05-31 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于声发射信号的水轮机组空蚀空化状态诊断方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Damage assessed by wavelet scale bands and b-value in dynamical tests of a reinforced concrete slab monitored with acoustic emission;Miguel E. Zitto;《Mechanical Systems and Signal Processing》;20150830;第60-61卷;第75-89页 *

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