橋梁結構疲勞損傷聲發射信號的規律

橋梁結構疲勞損傷聲發射信號的規律http://www.chinatesting.com.cn/
孔德連1 汪文有1 許鳳旌2
（1.北京化工大學，北京市100029；2.美國物理聲學公司（PAC） 聯合實驗室，北京市100029）

       ［摘要］ 為了克服常規無損檢測方法不能動態監測疲勞裂紋的損傷程度，根據聲發射及其定位技術，采用實驗手段研究了橋梁錨固結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。實驗結果表明，疲勞裂紋具有一定的周期性規律；隨著加載的進行，聲發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律和定位效果，關于從復雜噪音環境中如何識別和分離裂紋活動信號，請查看文獻“橋梁結構疲勞損傷聲發射信號的特征”。

      ［關鍵詞］ 聲發射；疲勞裂紋；在線監測

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

        該錨固結構預定疲勞測試次數為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。隨著疲勞加載次數的增加，錨梁橫梁段與底部支撐板焊縫連接處出現宏觀裂紋。當疲勞次數達到77 萬次的時候，采用聲發射技術對鋼梁進行疲勞監測，采集裂紋活動過程的聲發射信號。經過10 天的監測，一直跟蹤至疲勞測試結束，獲得了有價值的數據。通過對數據的處理分析，得到裂紋損傷活動過程的信號特征。數據分析表明，裂紋在張開與閉合階段均產生聲發射信號，且具有不同的參數特征只有經過一定的疲勞周次，才會發生真正的裂紋擴展，裂紋擴展具有隨機性。圖中左端紅點處為已發現的焊縫裂紋處。

      1 疲勞損傷聲發射監測目的及監測系統
      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上進一步分析疲勞裂紋信號的規律和定位效果，并找出裂紋擴展信號，對裂紋缺陷處進行監測，實時預報裂紋擴展的發生、發展，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
      采用美國物理聲學公司（PAC） SAMOS PCI- 8 聲發射系統對疲勞試驗過程進行長時間監測，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 是該錨固結構（見圖1） 左端背側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“橋梁結構疲勞損傷聲發射信號的特征”中分析的疲勞裂紋特征基本一致。

        3 數據分析
        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 全波形變頻平穩階段采集.DTA”中的數據，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階段采集.DTA”中的數據，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，信號的具體參數如表2。對每層信號進行定位確定，其結果同上。

        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，但比第一層早到達傳感器。（第一組數據第三層比第一層數據早到0.25s，第二組數據第三層比第一層早到0.04s）。