基于參數(shù)-波的混凝土軸拉損傷聲發(fā)射檢測(cè)方法研究

基于參數(shù)-波的混凝土軸拉損傷聲發(fā)射檢測(cè)方法研究

聲源信息的復(fù)雜波形包括豐富的聲源信息。該分析有助于研究材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程和模擬損傷性質(zhì)。由于多數(shù)材料的聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度很弱且頻率范圍很寬,故需要借助靈敏的電子儀器對(duì)其進(jìn)行放大和濾噪等處理。近年來(lái),全數(shù)字化參數(shù)-波形式聲發(fā)射采集系統(tǒng)在材料研究中被廣泛使用,如文獻(xiàn),其優(yōu)點(diǎn)是能在滿(mǎn)足聲發(fā)射參數(shù)提取的同時(shí)采集一定長(zhǎng)度的波形,目前國(guó)內(nèi)已有許多單位購(gòu)進(jìn)了這種聲發(fā)射采集系統(tǒng)。筆者在采用該類(lèi)采集系統(tǒng)進(jìn)行混凝土聲發(fā)射特性研究工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn),由于這種系統(tǒng)采集參數(shù)設(shè)定比較復(fù)雜,硬件或者硬件參數(shù)選擇不當(dāng)可能導(dǎo)致采集的聲發(fā)射簡(jiǎn)化波形參數(shù)無(wú)法反映撞擊波形的特征,從而不能有效定性和定量評(píng)價(jià)材料損傷過(guò)程而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。此外,由于研究者們?cè)诼暟l(fā)射信號(hào)特征參數(shù)的選取上存在較大的隨意性,且各參數(shù)對(duì)聲發(fā)射過(guò)程中狀態(tài)改變描述的敏感性不同,因此選用適當(dāng)?shù)谋碚鲄?shù)就顯得非常重要。另外,混凝土聲發(fā)射特性還與其受力狀態(tài)有一定的關(guān)系。目前此方面的工作還沒(méi)有得到足夠的重視,尤其缺乏具有針對(duì)性并以試驗(yàn)為主要依據(jù)的系統(tǒng)研究工作。本文基于聲發(fā)射采集系統(tǒng)工作原理提出了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究方案,運(yùn)用參數(shù)分析和波形分析相結(jié)合以及波形數(shù)據(jù)事后重新提取分析技術(shù),對(duì)混凝土軸拉聲發(fā)射特性試驗(yàn)過(guò)程中的系統(tǒng)采集硬件設(shè)置、濾噪?yún)?shù)設(shè)置和聲發(fā)射表征參數(shù)及其相關(guān)性進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。1試驗(yàn)計(jì)劃1.1模擬源與加載試驗(yàn)加載本文試驗(yàn)工作由兩部分構(gòu)成,分別是斷鉛人工激發(fā)源試驗(yàn)和軸拉加載試驗(yàn)。ASTM規(guī)范建議采用鉛筆芯折斷法(PencilLeadFracture),使用日本Pentel公司生產(chǎn)的硬度為2H直徑0.5mm的石墨鉛芯作為人工模擬源。在試驗(yàn)過(guò)程中,設(shè)置鉛芯的伸長(zhǎng)量約為3.0mm,并保證鉛芯與混凝土試件表面夾角約為30°,每次施加近似相等的力折斷鉛芯以得到近似相同的聲發(fā)射源。單軸拉伸試驗(yàn)加載設(shè)備為美國(guó)MTS322萬(wàn)能試驗(yàn)系統(tǒng),采用作動(dòng)器位移控制加載的單調(diào)加載方式,加載速率為0.001mm/s,相當(dāng)于靜態(tài)加載。試驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示。1.2混凝土試件軸拉試驗(yàn)混凝土試件形狀為平面啞鈴形,兩端各預(yù)埋Ф18螺紋鋼筋,尺寸如圖2所示。水泥采用雨花牌32.5型普通硅酸鹽水泥,砂采用中砂,石子采用碎石(最大粒徑10mm),拌合水為自來(lái)水,配合比為水泥∶砂∶石子∶水=1∶1.09∶2.43∶0.410?；炷两?jīng)人工拌和后倒入內(nèi)側(cè)帶木板的標(biāo)準(zhǔn)鋼試模中,然后放于振動(dòng)臺(tái)上振搗成型,淋水養(yǎng)護(hù)一周后置于普通室內(nèi)環(huán)境中。本研究共進(jìn)行了13個(gè)混凝土試件的軸拉試驗(yàn),分組情況詳見(jiàn)表1。為了體現(xiàn)可比性,應(yīng)盡量使接收到的信號(hào)相同。因此,傳感器設(shè)置于混凝土試件中部位置的同一表面,如圖1所示,以減少傳播路徑不同而造成接收到的信號(hào)差異。在未加載前的試件WT1上進(jìn)行了11組斷鉛激發(fā)源試驗(yàn)以獲得近似相同的聲發(fā)射信號(hào),以便研究閾值對(duì)聲發(fā)射持續(xù)時(shí)間的影響。1.3試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)采集控制本研究采用的聲發(fā)射采集系統(tǒng)為美國(guó)PAC公司生產(chǎn)的SAMOSTM系列16通道參數(shù)-波形式聲發(fā)射儀,該系統(tǒng)是PAC公司第三代全數(shù)字化系統(tǒng),該系統(tǒng)的閉塞時(shí)間(DeadTime)約為300μs,最高波形采樣率和波形采樣長(zhǎng)度分別為3MHz和4096點(diǎn)。前置放大器型號(hào)為PAC-2/4/6,可切換的增益范圍為20dB、40dB和60dB,試驗(yàn)中的采集控制由AEwinTM實(shí)時(shí)聲發(fā)射采集及分析軟件完成,數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在電腦硬盤(pán),可以隨時(shí)進(jìn)行事后調(diào)取和分析。聲發(fā)射系統(tǒng)通常采用預(yù)設(shè)閾值的方式探測(cè)信號(hào),當(dāng)信號(hào)幅度超過(guò)所設(shè)定的閾值時(shí),數(shù)據(jù)采集過(guò)程就會(huì)被激發(fā),此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)提取波形特征參數(shù)并記錄一定長(zhǎng)度的數(shù)字化波形,在混凝土材料聲發(fā)射特性研究中,常用參數(shù)包括:撞擊計(jì)數(shù)、振鈴計(jì)數(shù)、幅度、上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間等,本文涉及的其它特征參數(shù)定義詳見(jiàn)文獻(xiàn)。2硬件參數(shù)的配置研究2.1傳感器類(lèi)型對(duì)結(jié)果的影響2.1.1傳感器的選用撞擊數(shù)累計(jì)曲線(xiàn)常用于刻畫(huà)混凝土的損傷破壞過(guò)程,因此有必要探討傳感器類(lèi)型對(duì)累計(jì)曲線(xiàn)形狀的影響。聲發(fā)射傳感器分為共振和寬頻式兩種,前者在選定的頻率范圍之內(nèi)具有較高的敏感性,但所接收的信號(hào)帶寬較窄,后者頻響范圍寬但敏感性偏低。為了研究不同型號(hào)的傳感器對(duì)描述損傷發(fā)展過(guò)程的影響,在該部分試驗(yàn)中,將表1中所示的3種傳感器安置于同一個(gè)試件中部表面,設(shè)定各通道閾值為40dB,前置放大器增益40dB,波形采樣頻率為1MHz,采樣長(zhǎng)度為4096點(diǎn),各通道帶通濾波器均設(shè)置為1kHz～400kHz。歸一化聲發(fā)射撞擊累計(jì)數(shù)曲線(xiàn)如圖3所示,可以看出,由不同傳感器測(cè)得的同一個(gè)混凝土試件破壞過(guò)程的累計(jì)曲線(xiàn)所表現(xiàn)出的混凝土損傷累積發(fā)展過(guò)程相似,無(wú)明顯差別。混凝土抗拉強(qiáng)度和在加載過(guò)程中各種聲發(fā)射傳感器所接收到的撞擊總數(shù)、總加載時(shí)間如表2所示,可以看出,WD型寬頻式傳感器所采集到的撞擊數(shù)最多,R15型傳感器次之,R6α型傳感器最少。2.1.2聲發(fā)射頻率特征通過(guò)對(duì)聲發(fā)射波形進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT),可以得到聲發(fā)射波形的頻率特征,將每個(gè)波形對(duì)應(yīng)功率譜圖峰值頻率的分布情況匯總于圖4,從中可以看出,各種傳感器在同一個(gè)試件的破壞過(guò)程中所表現(xiàn)出的聲發(fā)射頻率特征有明顯差別:R6α傳感器所采集波形的峰值頻率集中在70kHz以下,R15傳感器集中于90kHz以下,而寬頻式傳感器則多集中在175kHz以下,同時(shí)在250kHz附近也有一定數(shù)量的分布,這說(shuō)明混凝土在軸拉損傷斷裂過(guò)程中所產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)的頻率范圍很寬,而窄帶的諧振式傳感器只能探測(cè)到與其本身頻響特性相關(guān)的特定范圍內(nèi)的聲發(fā)射信號(hào),這不利于根據(jù)頻譜特征進(jìn)一步區(qū)分混凝土中的多種不同斷裂機(jī)制。2.2預(yù)算器附加配置2.2.1前置放大器增益c本研究所采用的采集卡能分辨出的最小電壓為305μv,前置放大器的飽和電壓為10v(即經(jīng)過(guò)放大之后的信號(hào)幅度不會(huì)超過(guò)10v),根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)幅度的計(jì)算公式可知,當(dāng)選擇前置放大器增益為20dB、40dB、60dB時(shí),采集卡所采集到的聲發(fā)射幅度的范圍如表3所示。從表3可以看出,前置放大器增益越小,所能采集聲發(fā)射信號(hào)的幅度范圍越寬,同時(shí)所能探測(cè)到的信號(hào)最小幅度越大;與之相反,前置放大器增益選擇越高,所能采集的信號(hào)幅度范圍越窄,同時(shí)所能探測(cè)的信號(hào)幅度下限值越低,故此時(shí)采集系統(tǒng)對(duì)于微弱信號(hào)更靈敏。2.2.2不同增益設(shè)置的試驗(yàn)結(jié)果為了確定在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行常規(guī)尺寸混凝土軸拉試驗(yàn)中采集聲發(fā)射信號(hào)時(shí)的合理增益值,將3個(gè)R6α型傳感器安裝在試件中部表面,與傳感器相連的前置放大器的增益分別設(shè)置為三種可切換的數(shù)值。預(yù)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),在選擇不同增益值時(shí),系統(tǒng)會(huì)受到不同程度的電磁干擾,需要適當(dāng)輔以調(diào)整閾值以排除噪音干擾,最終將前置放大器增益為20dB/40dB/60dB的通道閾值依次設(shè)定為50dB/40dB/30dB進(jìn)行試驗(yàn)?；炷凛S拉破壞過(guò)程的幅度-荷載時(shí)程圖如圖5所示,可以看出,設(shè)置不同增益時(shí),聲發(fā)射幅度均在峰值荷載附近達(dá)到最大值。增益設(shè)置為20dB時(shí),最大幅度達(dá)到101dB,且信號(hào)稀疏,表明漏采了一定數(shù)量的低幅信號(hào);增益設(shè)置為40dB時(shí),最大幅度為99dB,信號(hào)量相對(duì)增多;增益設(shè)置為60dB時(shí),最大幅度為79dB,信號(hào)量有所增加,在本組試驗(yàn)的其它兩個(gè)試件中也能發(fā)現(xiàn)相同的規(guī)律。由此可見(jiàn),在采集最大幅度的能力上,增益設(shè)置為20dB最佳,因?yàn)樽畲蠓戎?01dB遠(yuǎn)未達(dá)到量程上限120dB。設(shè)置為40dB次之,設(shè)置為60dB最低。增益設(shè)置為60dB時(shí)采集到的最大幅度與設(shè)置40dB和20dB采集到的最大幅度相差較大,但增益設(shè)置為40dB時(shí)采集到的最大幅度與設(shè)置20dB時(shí)很接近,且設(shè)置40dB采集的信號(hào)數(shù)量適中。進(jìn)一步分析信號(hào)波形后發(fā)現(xiàn),增益設(shè)置為60dB時(shí),出現(xiàn)了放大之后的電壓超過(guò)10v而導(dǎo)致前置放大器過(guò)載的現(xiàn)象,這不利于比較聲發(fā)射幅度的相對(duì)大小,過(guò)載波形及其局部放大圖如圖6所示。綜上所述,前置放大器增益值設(shè)定為40dB較為合適。2.3波形采樣頻率和采樣長(zhǎng)度2.3.1采集文件設(shè)置不合理在采集聲發(fā)射波形過(guò)程中,采樣頻率過(guò)低會(huì)影響高頻率信號(hào)的采集,同時(shí)在聲發(fā)射源定位研究中,也會(huì)降低聲發(fā)射波到時(shí)的讀取精度而影響定位精度;設(shè)置過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致采集文件過(guò)大而增加后期數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)。根據(jù)采樣定理,采樣頻率應(yīng)大于或等于被采樣信號(hào)的最高頻率成分的兩倍。綜合考慮后,可以選擇1MHz的采樣頻率,這樣足以分析最高頻率在500kHz(采集卡帶寬為1kHz-400kHz)以下的聲發(fā)射波形的頻譜特征。對(duì)于相同的采樣長(zhǎng)度,采樣頻率選擇1MHz比3MHz所能記錄的波形更長(zhǎng),這有利于記錄持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的波形。2.3.2聲發(fā)射撞擊持續(xù)時(shí)間記錄每一個(gè)撞擊波形的時(shí)間由采樣時(shí)間間隔和總采樣點(diǎn)數(shù)共同決定,采樣長(zhǎng)度影響采集完整波形的能力,當(dāng)采樣頻率一定的情況下,采樣長(zhǎng)度越長(zhǎng),能夠記錄的波形越長(zhǎng),同時(shí)需要的存儲(chǔ)空間也越大。對(duì)于參數(shù)-波形式聲發(fā)射采集系統(tǒng)而言,盡可能覆蓋所有聲發(fā)射撞擊持續(xù)時(shí)間范圍是波形采樣長(zhǎng)度的選取原則。當(dāng)采樣長(zhǎng)度設(shè)定為最長(zhǎng)值4096點(diǎn),采樣頻率選用1M,此時(shí)波形數(shù)據(jù)所能記錄的時(shí)間范圍為4096μs,將3組軸拉試驗(yàn)過(guò)程中所采集的聲發(fā)射撞擊的持續(xù)時(shí)間范圍統(tǒng)計(jì)如表4所示,可以看出,聲發(fā)射持續(xù)時(shí)間在4000μs以下的撞擊數(shù)量占到每個(gè)試驗(yàn)中撞擊總數(shù)的98%以上,因此,在采用以上設(shè)置的情況下,絕大多數(shù)的聲發(fā)射撞擊波形都能覆蓋撞擊的持續(xù)時(shí)間范圍,也就是說(shuō),此時(shí)撞擊波形數(shù)據(jù)與聲發(fā)射特征參數(shù)具有了良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3采用相應(yīng)的技術(shù)手段抑制噪音在聲發(fā)射檢測(cè)中,機(jī)械、電磁干擾噪音等不同形式的噪音會(huì)干擾信號(hào)的采集與接收,一般而言,背景噪音具有低頻低幅的特點(diǎn),因此,需要采用相應(yīng)的技術(shù)手段抑制噪音,采用的方法主要有限制聲發(fā)射幅值和頻率范圍兩種方式。3.1限制3.1.1節(jié)點(diǎn)閾值設(shè)置試驗(yàn)閾值設(shè)置直接關(guān)系到檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏性和信噪比。在混凝土聲發(fā)射試驗(yàn)中,可將試件及儀器安裝到位的未加載之前調(diào)試出能夠?yàn)V除環(huán)境噪聲的最低幅度作為初始閾值。由于在加載過(guò)程仍存在噪聲干擾信號(hào)的辨別,因此,若將初始閾值作為最終的閾值可能較小,所以初始閾值一般需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。在本部分試驗(yàn)中,將6個(gè)傳感器分兩組對(duì)稱(chēng)安裝在試件中部表面進(jìn)行加載試驗(yàn),與6個(gè)傳感器相應(yīng)的采集通道閾值分別設(shè)置為35dB、40dB、45dB、55dB、65dB和70dB。圖7為在各種閾值設(shè)定情況下混凝土軸拉加載試驗(yàn)過(guò)程中的撞擊累計(jì)曲線(xiàn)的發(fā)展規(guī)律,可以看出,閾值設(shè)置為35dB和40dB時(shí),累計(jì)曲線(xiàn)所反映的混凝土軸拉破壞過(guò)程的規(guī)律基本一致。當(dāng)設(shè)定閾值大于55dB時(shí),累計(jì)曲線(xiàn)的漸進(jìn)式變化趨勢(shì)變得不明顯;當(dāng)閾值設(shè)置為65dB和70dB時(shí)則只能檢測(cè)到混凝土最終宏觀斷裂時(shí)所發(fā)出的信號(hào),而無(wú)法描述整個(gè)損傷破壞過(guò)程,在本組的其它試件中也發(fā)現(xiàn)了相同的規(guī)律。從圖7中還可以發(fā)現(xiàn),閾值設(shè)置越小,采集到的撞擊數(shù)量越多,這對(duì)于連續(xù)描述損傷過(guò)程是有幫助的。值得注意的是,在本組其它試驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)采用較低的閾值進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí),噪音干擾的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)有所增加,也就是說(shuō),如果環(huán)境噪聲控制不當(dāng),會(huì)造成數(shù)據(jù)量過(guò)大而不能恰當(dāng)反映材料損傷的情況。綜合考慮,結(jié)合本研究所在環(huán)境的實(shí)際情況,將閾值設(shè)置為40dB可以得到良好的信噪比。3.1.2閾值對(duì)持續(xù)采集過(guò)程的影響由聲發(fā)射參數(shù)的定義可知,閾值過(guò)高可能會(huì)阻止?jié)撛谥匾盘?hào)的采集,過(guò)低則可能會(huì)降低信噪比。此外,在參數(shù)-波形式聲發(fā)射采集系統(tǒng)中,持續(xù)時(shí)間、振鈴等參數(shù)的鑒別都依賴(lài)于閾值的設(shè)定,有限長(zhǎng)度的波形采集過(guò)程也需要通過(guò)閾值觸發(fā),因此,有必要研究閾值設(shè)定對(duì)持續(xù)時(shí)間的影響。在試驗(yàn)中將斷鉛源放置于混凝土試件表面?zhèn)鞲衅鞲浇s5mm處,在每一種閾值設(shè)定(共11組)條件下分別激發(fā)六次,記錄下撞擊持續(xù)時(shí)間的平均值,將其繪成曲線(xiàn),在這里可以認(rèn)為每一組的聲發(fā)射信號(hào)都近似來(lái)自于相同的聲發(fā)射源,如圖8所示,可以看出,閾值越高,聲發(fā)射持續(xù)時(shí)間越短,這顯然更有利于利用有限的記錄長(zhǎng)度描述更完整的撞擊波形,由此可見(jiàn),當(dāng)采樣長(zhǎng)度×采樣時(shí)間間隔沒(méi)有超過(guò)多數(shù)試驗(yàn)中采集到的聲發(fā)射撞擊的持續(xù)時(shí)間時(shí),采用提高閾值來(lái)減小持續(xù)時(shí)間量值的方式可以緩解該問(wèn)題。3.2聲發(fā)射信號(hào)分析由本文2.1.2中的研究結(jié)果可知,混凝土軸拉破壞過(guò)程中所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)具有很寬的頻率范圍。聲發(fā)射信號(hào)在混凝土試件中傳播時(shí),高頻成分的幅度隨著傳播距離增大而衰減,而低頻成分又與機(jī)械噪聲重疊在一起,不易分離。因此,聲發(fā)射檢測(cè)通常選擇在某一頻率范圍內(nèi)進(jìn)行。聲發(fā)射采集系統(tǒng)中可以通過(guò)設(shè)定帶通濾波器進(jìn)行濾噪處理。一般而言,頻率低于100kHz的聲發(fā)射信號(hào)在檢測(cè)過(guò)程中必須嚴(yán)格限制噪音的影響,有研究者直接將濾波范圍鎖定為高于100kHz,而關(guān)于低頻信號(hào)對(duì)聲發(fā)射特征參數(shù)提取的影響并沒(méi)有被很好地掌握。圖9為混凝土在軸拉荷載作用下的典型聲發(fā)射波形在不同帶通濾波器設(shè)置下的波形,從中可以看出,濾除了低頻成分之后的聲發(fā)射波形更具有突發(fā)型信號(hào)的特征,因此,系統(tǒng)在提取特征參數(shù)時(shí),各種表征參數(shù)更能反映出波形的本質(zhì)特征。圖10為不同高通設(shè)置下的混凝土軸拉破壞過(guò)程中的撞擊總數(shù)曲線(xiàn),該部分?jǐn)?shù)據(jù)由AEwin軟件提供的事后濾波功能處理得到?？梢钥闯?高通值設(shè)定越高,所采集到的聲發(fā)射撞擊數(shù)越少,這與閾值設(shè)定對(duì)撞擊累計(jì)數(shù)的影響效應(yīng)相同。最后,值得注意的是,帶通濾波器的設(shè)定還應(yīng)當(dāng)考慮傳感器的工作頻率范圍。4相關(guān)參數(shù)分析混凝土聲發(fā)射參數(shù)的分析與研究一直是備受關(guān)注的課題,聲發(fā)射信號(hào)特征參數(shù)主要包括振鈴計(jì)數(shù)、幅度、上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、初始頻率、混響頻率、平均頻率、信號(hào)強(qiáng)度、絕對(duì)能量、平均信號(hào)電平、RMS電壓值,通過(guò)分析這些參數(shù)間的相關(guān)性,找出相關(guān)性高繼而可以在分析過(guò)程中互相替代的參數(shù)是本部分內(nèi)容研究的主要目的。4.1信號(hào)能量類(lèi)本研究根據(jù)定義將聲發(fā)射參數(shù)分成五類(lèi)進(jìn)行分析:將撞擊和與波形內(nèi)脈沖次數(shù)有關(guān)的振鈴數(shù)歸為一類(lèi);與信號(hào)幅度大小有關(guān)的幅度、有效值電壓和平均信號(hào)電平歸為一類(lèi);與信號(hào)經(jīng)歷時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)的上升時(shí)間和持續(xù)時(shí)間歸為一類(lèi);與信號(hào)實(shí)際能量相關(guān)的能量、信號(hào)強(qiáng)度和絕對(duì)能量歸為一類(lèi);與信號(hào)頻率相關(guān)的平均頻率、初始頻率、混響頻率歸為一類(lèi)。下面將對(duì)以上五類(lèi)參數(shù)分別進(jìn)行分析,本組試驗(yàn)進(jìn)行了三個(gè)試件,所表現(xiàn)出的規(guī)律基本相同。4.1.1混凝土軸拉損傷過(guò)程撞擊和振鈴累計(jì)計(jì)數(shù)經(jīng)常被用來(lái)描述損傷過(guò)程,由圖11可見(jiàn),由聲發(fā)射撞擊累計(jì)數(shù)曲線(xiàn)和振鈴累計(jì)數(shù)曲線(xiàn)所代表的混凝土軸拉損傷過(guò)程基本相同,均可分為初始(A-B)、穩(wěn)定(B-C)和不穩(wěn)定(C-D)三個(gè)階段。4.1.2凝土軸拉損傷影響幅度是簡(jiǎn)化波形參數(shù)中的重要參數(shù),它與材料的損傷程度直接相關(guān)。由圖12可見(jiàn),與振鈴分析結(jié)果相同,通過(guò)展現(xiàn)幅度隨時(shí)間的變化,也可以將混凝土軸拉損傷過(guò)程分為初始(A-B)、穩(wěn)定(B-C)和不穩(wěn)定(C-D)三個(gè)階段。與之形成對(duì)比的是,有效值電壓和平均信號(hào)電平這兩個(gè)參數(shù)并沒(méi)有明顯刻畫(huà)出混凝土受拉損傷的三個(gè)階段,但它們所體現(xiàn)的規(guī)律十分近似,即在未達(dá)到最終破壞荷載之前,兩個(gè)參數(shù)值均處于較低水平;接近破壞荷載時(shí),兩個(gè)參數(shù)的量值都突然顯著增加并達(dá)到最大值。由此可見(jiàn),在以上三個(gè)參數(shù)中,幅度的時(shí)程曲線(xiàn)更能表現(xiàn)混凝土軸拉各階段的損傷特征。4.1.3軸拉損傷階段圖13為持續(xù)時(shí)間和上升時(shí)間與荷載的時(shí)程曲線(xiàn),從持續(xù)時(shí)間曲線(xiàn)中可以看出,混凝土軸拉損傷過(guò)程依然可分為三個(gè)階段,當(dāng)荷載超過(guò)不穩(wěn)定階段,混凝土裂縫非穩(wěn)定擴(kuò)展,持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的撞擊數(shù)量明顯增多,接近最大荷載時(shí),持續(xù)時(shí)間快速增長(zhǎng),破壞時(shí)持續(xù)時(shí)間達(dá)到最大值,而上升時(shí)間參數(shù)對(duì)以上三階段表現(xiàn)得不明顯。4.1.4關(guān)于混凝土軸拉損傷過(guò)程的分析由圖14可見(jiàn),能量、信號(hào)強(qiáng)度和絕對(duì)能量三個(gè)參數(shù)的累計(jì)曲線(xiàn)所反映的規(guī)律極為相似,混凝土軸拉損傷過(guò)程仍可分為三個(gè)階段,因此,這三個(gè)參數(shù)描述混凝土軸拉過(guò)程效果較好。4.1.5信號(hào)頻率表征平均頻率、初始頻率、混響頻率是從聲發(fā)射振鈴和持續(xù)時(shí)間以及上升時(shí)間換算而來(lái)的參數(shù),它們能夠粗略表征信號(hào)的頻率。圖15所示為平均頻率、初始頻率、混響頻率與荷載隨時(shí)間變化的歷程曲線(xiàn),可以看出,隨著荷載的增加,三個(gè)與頻率相關(guān)的聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)分布的規(guī)律性都不明顯,只是加載后期的高頻信號(hào)多于前期,這可能也是這些參數(shù)很少被其它文獻(xiàn)所采用的原因。4.2參數(shù)之間的相關(guān)性4.2.1軸拉試驗(yàn)件聲發(fā)射撞擊藝術(shù)兩個(gè)隨機(jī)變量之間的相關(guān)性可以用相關(guān)系數(shù)定量表示。設(shè)(X1,X2,…,Xn)和(Y1,Y2,…,Yn)分別是來(lái)自總體X、Y的一個(gè)樣本,則樣本X,Y的相關(guān)系數(shù)定義為:rxy=∑i=1n(Xi?Xˉˉˉ)(Yi?Yˉˉˉ)∑i=1n(Xi?Xˉˉˉ)2?∑i=1n(Yi?Yˉˉˉ)2√(1)rxy=∑i=1n(Xi-Xˉ)(Yi-Yˉ)∑i=1n(Xi-Xˉ)2?∑i=1n(Yi-Yˉ)2(1)在三組混凝土試件的軸拉破壞過(guò)程中所采集到的聲發(fā)射撞擊樣本數(shù)均大于102,當(dāng)顯著性水平α=0.001時(shí),r(n-2)α的值為0.3211,也就是說(shuō),若rxy≥0.3211,則認(rèn)為相關(guān)性是顯著的,否則不顯著。4.2.2聲發(fā)射參數(shù)的相關(guān)性分析從聲發(fā)射特征參數(shù)的定義來(lái)看,信號(hào)強(qiáng)度和絕對(duì)能量都是采樣點(diǎn)電壓的函數(shù),故二者是不獨(dú)立的,因此,在討論這兩個(gè)參數(shù)與其它參數(shù)之間的相關(guān)性過(guò)程中,僅討論信號(hào)強(qiáng)度與其它聲發(fā)射參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)即可。分別對(duì)在試件WP1-WP3破壞過(guò)程中所采集到的三組數(shù)據(jù)中的聲發(fā)射參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析,表5給出了相關(guān)性比較顯著的聲發(fā)射參數(shù)及相關(guān)系數(shù)。從表5中可以看出,聲發(fā)射幅度與信號(hào)強(qiáng)度,上升時(shí)間,持續(xù)時(shí)間,振鈴數(shù)之間均存在良好的相關(guān)性,在三組混凝土軸拉試驗(yàn)中的平均相關(guān)系數(shù)為0.57-0.69,但對(duì)于其中的試件WP2偏低,表明這些參數(shù)間的相關(guān)性易受到試件個(gè)體偏差的影響。此外還可以看出,上升時(shí)間與信號(hào)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、振鈴數(shù)之間以及持續(xù)時(shí)間和信號(hào)強(qiáng)度之間均存在良好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.90以上,而且對(duì)于每一個(gè)試件