橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷聲發(fā)射信號(hào)的規(guī)律

橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷聲發(fā)射信號(hào)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(shí)驗(yàn)室，北京市100029）

       ［摘要］ 為了克服常規(guī)無損檢測(cè)方法不能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行，聲發(fā)射儀器能精確定位出裂紋初始位置和擴(kuò)展方向。這篇文章主要介紹疲勞裂紋信號(hào)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(shí)別和分離裂紋活動(dòng)信號(hào)，請(qǐng)查看文獻(xiàn)“橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷聲發(fā)射信號(hào)的特征”。

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

       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(shí)驗(yàn)的目的是在找到疲勞裂紋信號(hào)特征的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析疲勞裂紋信號(hào)的規(guī)律和定位效果，并找出裂紋擴(kuò)展信號(hào)。

        該錨固結(jié)構(gòu)預(yù)定疲勞測(cè)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(shí)候，采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)鋼梁進(jìn)行疲勞監(jiān)測(cè)，采集裂紋活動(dòng)過程的聲發(fā)射信號(hào)。經(jīng)過10 天的監(jiān)測(cè)，一直跟蹤至疲勞測(cè)試結(jié)束，獲得了有價(jià)值的數(shù)據(jù)。通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析，得到裂紋損傷活動(dòng)過程的信號(hào)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(hào)，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(huì)發(fā)生真正的裂紋擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展具有隨機(jī)性。圖中左端紅點(diǎn)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(cè)目的及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
      1.1 檢測(cè)目的
       這次檢測(cè)的主要目的是在找到疲勞裂紋信號(hào)特征的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析疲勞裂紋信號(hào)的規(guī)律和定位效果，并找出裂紋擴(kuò)展信號(hào)，對(duì)裂紋缺陷處進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)裂紋擴(kuò)展的發(fā)生、發(fā)展，對(duì)裂紋缺陷信號(hào)源進(jìn)行定位，判斷損傷位置以及損傷活度。
      1.2 檢測(cè)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(duì)疲勞試驗(yàn)過程進(jìn)行長時(shí)間監(jiān)測(cè)，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(hào)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(hào)的周期性分析
        通過分析裂紋活動(dòng)時(shí)的信號(hào)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(hào)。圖3 為12 月21 日“武漢橋梁定位測(cè)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(shí)，7 通道濾波后的幅值圖（每小格間隔0.5秒）。

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

       圖4 至圖6 是分別對(duì)這三層信號(hào)進(jìn)行5、7 通道定位的圖，進(jìn)一步證明這些信號(hào)都是裂紋活動(dòng)時(shí)的信號(hào)。

       圖7 為12 月21 日“武漢橋梁定位測(cè)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(shí)，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(hào)分三層，三層信號(hào)的周期與加載周期都相同，信號(hào)的具體參數(shù)如表2。對(duì)每層信號(hào)進(jìn)行定位確定，其結(jié)果同上。

        從上面兩個(gè)例子可看出三層信號(hào)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(dòng)的信號(hào)。第一層和第二層相差半個(gè)周期。第三層和第一層一一對(duì)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）。