[发明专利]一种基于声发射信号统计分析的混凝土损伤评估方法

说明书

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。

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。