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桥梁结构疲劳损伤声发射信号的特征研究 杨剑锋’，汪文有。，孔德连1，许风旌2 北京化工大学美国物理声学公司(PAC)联合实验室北京L00029 摘 要：采用声发射技术对己开裂的焊缝进行榆测，在复杂的环境噪音中找到裂纹活动信 号。分析疲劳裂纹损伤产生的厉i因以及材料在交变载倚作用下产生声发射的机理，得到衷 征焊缝裂纹活动过程的信号特征。利用声发射技术监测裂纹损伤的活度、强度，实现对裂 纹损伤状态的实时监测。这篇文章主要介绍了如何从复杂环境噪音rI|识别和分离疲劳裂纹 信号，关于疲劳裂纹信号的规律请参考文献“桥梁结构疲劳损伤声发射信号的规律” 关键词：声发射：裂纹损伤；实时监测 0引言 ／二，川。j r-，．麓 图l是荆岳长江公路大桥索一塔锚固结 ／ i“； ，： 构钢锚粱模型，这次实验的目的是采用声发 、- ／ 射技术对该结构左侧出现的宏观裂纹进行 ； 一 监测，得到裂纹损伤的疲劳活动规律，为今 ． ：=：．i+-。 后的深入研究提供重要依据。该锚固结构预 ． -。 ㈠7‘ 定疲劳测试次数为200万次，采用压一压疲 一 劳加载，最大加载载荷一1714KN，最小加载+ 载荷一1246KN，加载频率为i．1次／秒。随i 一 一 着疲劳加载次数的增加，锚粱横梁段与底部晰～ 圈1．宴验磊i‘ 支撑板焊缝连接处出现宏观裂纹。当疲劳次 数达到77万次的时候．采用声发射技术对钢梁进行疲劳监测，采集裂纹活动过程的声 发射信号。经过lO天的监测，一直跟踪至疲劳撤4试结束，获得了有价值的数据。通过 对数据的处理分析，得到裂纹损伤活动过程的信号特征。 1 疲劳损伤声发射监测原理及监测系统 1．1 疲劳损伤声发射监测原理 疲劳损伤是指材料或结构在交变载荷作用下由于机械、物理、化学等因素导致其力 学性能、微观结构产生劣化的结果。工程结构中铡粱焊缝连接处由于交变载荷作用容易 产生疲劳损伤，其发生、发展历程由位错一滑移一微观裂纹一裂纹扩展一断裂等阶段组成。 根据损伤力学与断裂力学原理可知，裂纹萌生、稳定、扩展直至蛀后断裂的过程是一个 能量累积和快速释放的过程。能量的释放包括表面能、热能、弹性能等形式，其中的弹 性能以应力波的形式释放出来，产生声发射。声发射信号包含了信号源的有效信息，通 过监测分析裂纹损伤在疲劳载荷作用／-的声发射信号，有助于了解裂纹及结构的变化晴 况，进而对材料或结构构什进行损伤}F价。 1 2监测系统 采用美国物理声学公司的SAMOSPCI一8声发射系统，150khz谐振传感器，前置放 MSPS。 大器增益40dB，采样频率为1 2疲劳裂纹损伤位置及开裂原因 2 1裂纹位置 钢梁左端部与底板支撑搭 接处的角焊缝由于疲劳载荷、焊 接缺陷、应力集中等原因产生两 条裂纹。一条位于钢粱底板与底 部支撑上表面板焊缝处，另一条 位于横粱左端部加强扳底部焊l 缝，裂纹位于角焊缝头部，具体 一， 位置见图2所示。