橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷聲發(fā)射信號的規(guī)律

橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷聲發(fā)射信號的規(guī)律http://www.chinatesting.com.cn/
孔德連1 汪文有1 許鳳旌2
（1.北京化工大學(xué)，北京市100029；2.美國物理聲學(xué)公司（PAC） 聯(lián)合實驗室，北京市100029）

       ［摘要］ 為了克服常規(guī)無損檢測方法不能動態(tài)監(jiān)測疲勞裂紋的損傷程度，根據(jù)聲發(fā)射及其定位技術(shù)，采用實驗手段研究了橋梁錨固結(jié)在初始裂紋存在情況下，隨著疲勞加載過程，其損傷活性的變化情況。實驗結(jié)果表明，疲勞裂紋具有一定的周期性規(guī)律；隨著加載的進行，聲發(fā)射儀器能精確定位出裂紋初始位置和擴展方向。這篇文章主要介紹疲勞裂紋信號的周期性規(guī)律和定位效果，關(guān)于從復(fù)雜噪音環(huán)境中如何識別和分離裂紋活動信號，請查看文獻(xiàn)“橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷聲發(fā)射信號的特征”。

      ［關(guān)鍵詞］ 聲發(fā)射；疲勞裂紋；在線監(jiān)測

       圖1 是荊岳長江公路大橋索一塔錨固結(jié)構(gòu)鋼錨梁模型，這次實驗的目的是在找到疲勞裂紋信號特征的基礎(chǔ)上進一步分析疲勞裂紋信號的規(guī)律和定位效果，并找出裂紋擴展信號。

        該錨固結(jié)構(gòu)預(yù)定疲勞測試次數(shù)為200 萬次，采用壓- 壓疲勞加載，最大加載載荷- 1714KN，最小加載載荷- 124.6KN，加載頻率為1.1
次/ 秒。隨著疲勞加載次數(shù)的增加，錨梁橫梁段與底部支撐板焊縫連接處出現(xiàn)宏觀裂紋。當(dāng)疲勞次數(shù)達(dá)到77 萬次的時候，采用聲發(fā)射技術(shù)對鋼梁進行疲勞監(jiān)測，采集裂紋活動過程的聲發(fā)射信號。經(jīng)過10 天的監(jiān)測，一直跟蹤至疲勞測試結(jié)束，獲得了有價值的數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)的處理分析，得到裂紋損傷活動過程的信號特征。數(shù)據(jù)分析表明，裂紋在張開與閉合階段均產(chǎn)生聲發(fā)射信號，且具有不同的參數(shù)特征只有經(jīng)過一定的疲勞周次，才會發(fā)生真正的裂紋擴展，裂紋擴展具有隨機性。圖中左端紅點處為已發(fā)現(xiàn)的焊縫裂紋處。

      1 疲勞損傷聲發(fā)射監(jiān)測目的及監(jiān)測系統(tǒng)
      1.1 檢測目的
       這次檢測的主要目的是在找到疲勞裂紋信號特征的基礎(chǔ)上進一步分析疲勞裂紋信號的規(guī)律和定位效果，并找出裂紋擴展信號，對裂紋缺陷處進行監(jiān)測，實時預(yù)報裂紋擴展的發(fā)生、發(fā)展，對裂紋缺陷信號源進行定位，判斷損傷位置以及損傷活度。
      1.2 檢測儀器
      采用美國物理聲學(xué)公司（PAC） SAMOS PCI- 8 聲發(fā)射系統(tǒng)對疲勞試驗過程進行長時間監(jiān)測，諧振傳感器中心頻率為150KHz，前置放大器選擇40db 增益。

      2 探頭布置

        圖2 是該錨固結(jié)構(gòu)（見圖1） 左端背側(cè)焊縫處傳感器布置簡圖，裂紋在7 探頭附近。其疲勞裂紋的基本特征與文獻(xiàn)“橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷聲發(fā)射信號的特征”中分析的疲勞裂紋特征基本一致。

        3 數(shù)據(jù)分析
        3.1 裂紋信號的周期性分析
        通過分析裂紋活動時的信號能量非常低，均低于50，采用圖形濾波濾除能量低于50 的噪音信號。圖3 為12 月21 日“武漢橋梁定位測試- 1221 全波形變頻平穩(wěn)階段采集.DTA”中的數(shù)據(jù)，加載頻率為0.5HZ（周期為2s） 時，7 通道濾波后的幅值圖（每小格間隔0.5秒）。

        通過信號特征參數(shù)和波形的分析，圖中所示信號均為裂紋活動時的信號，裂紋信號分三層。三層信號的周期與加載周期都相同，信號的具體參數(shù)如表1：

       圖4 至圖6 是分別對這三層信號進行5、7 通道定位的圖，進一步證明這些信號都是裂紋活動時的信號。

       圖7 為12 月21 日“武漢橋梁定位測試- 1221 全波形變頻過程至平穩(wěn)階段采集.DTA”中的數(shù)據(jù)，加載頻率為1.1HZ（周期為0.9s） 時，7 通道濾波后的幅值圖（每小格間隔0.5 秒）。

        可看出裂紋信號分三層，三層信號的周期與加載周期都相同，信號的具體參數(shù)如表2。對每層信號進行定位確定，其結(jié)果同上。

        從上面兩個例子可看出三層信號的周期和加載周期都相同，并且通過定位分析可以確定都是裂紋活動的信號。第一層和第二層相差半個周期。第三層和第一層一一對應(yīng)，但比第一層早到達(dá)傳感器。（第一組數(shù)據(jù)第三層比第一層數(shù)據(jù)早到0.25s，第二組數(shù)據(jù)第三層比第一層早到0.04s）。